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高性能计算广泛应用于情报分析、武器系统模拟、气象预报等国防和国民经济建设的重要领域，对保障国家安全、促进科技进步、推动经济发展具有不可替代的重要作用。研究高性能计算服务系统的服务组织、发现和访问具有现实意义。集中式服务组织存在单点故障和性能瓶颈等问题，基于结构化P2P（Peer-to-Peer）网络的服务系统受到广泛关注。传统分布式哈希表技术不支持复杂查询，并且无法有效满足高性能计算环境下服务调度、任务分配、协同处理需求。在此背景下，本文提出一种新的结构化P2P网络模型并将其成功应用于高性能计算服务组织，对服务覆盖网络建立、支持复杂查询的两阶段服务发现算法、结构化覆盖网环境下的协同计算模式等问题进行了深入研究。主要研究内容和创新点如下：1．分析P2P技术在高性能计算领域的研究现状，指出了当前存在的主要问题，明确了研究范围和基本思路。2．将结构化P2P网络模型引入高性能计算领域，建立了以服务为结点的服务覆盖网络，设计了路由表结构、路由算法、加入算法、更新算法。3．将语义信息融入到服务编址、路由表和路由算法中，实现了语义聚集的服务分布和语义相关的路由过程。相对Kademlia，具有更高的路由效率和更低的带宽消耗。4．利用高性能计算服务丰富的语义信息，建立多重索引机制。提出两阶段服务发现算法，实现了模糊关键字检索、混合检索等多种复杂查询功能。提出语义反馈机制，进一步优化路由选择。相对Kademlia，具有更好的查询效果。5．在语义树中植入计算结点，通过服务聚集形成计算域，在此基础上提出结构化覆盖网环境下的并发、调度等协同计算模式，满足了高性能计算系统去中心化的需求，拓展了结构化P2P技术的应用领域。6．设计并实现了Soverlay原型系统。给出了Soverlay的体系结构、功能单元操作接口和路由消息格式。