CAP6 PLANIFICACION MONOPROCESADORES.doc

8/16/2019 CAP6 PLANIFICACION MONOPROCESADORES.doc

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3.- PLANIFICACIÓN DE PROCESOS.

Justificación y generai!a!es.-

Cuando son ejecutables varios procesos, tomando en cuenta la existencia de

"uti#r$gra"ación y de tie"#$ c$"#arti!$ el sistema operativo debe decidir cúal conviene ejecutar primero . La parte del SO a la que concierne esta decisión

se llama #anifica!$r de procesos y los algoritmos que utiliza se denominanag$rit"$s !e #anificación de procesos.

la !ora de plani"icar procesos es importante estimar la carga !e CP% &ersus!e"an!a !e E'S de los mismos, pues interesa que !aya un equilibrio entre lasdos.

#L$O%C&O' (#L L)O%&*+O (# L'&-&CC&O'

/. &+%C&L&((.0 segurar que cada proceso tenga la parte que le

corresponda de la C1.

2. #-&C'C&.0 +antener el C1 ocupada el /334 del tiempo.

5. *+O (# %#S1#S*.0 +inimizar el tiempo de respuesta para usuarios

interactivos.

6. C+$&O (# OS&C&O'.0 +inimizar el tiempo que los usuarios de un lote

deben esperar para obtener salida.

7. %#'(&+'*O.0 +aximizar el número de trabajos que se procesan por !ora.

En un sistema multiprogramado, la memoria principal contiene variosprocesos los mismos que alternan entre usar el procesador y esperaralgún suceso como una operación de E/S. El procesador (es) estaocupado con un proceso y los demás procesos esperan.La clave de esta multiprogramación esta en la PLANIFICACION.

El propósito de la planifcación del procesador es asignar los procesosal procesador (es) para que sean eecutados a lo largo del tiempopara que se cumplan o!etivos del sistema como" El tiempo de respuesta.

La productividad. Efciencia del procesador.

En muc#os sistemas la planifcación se divide en tres $uncionesindependientes" %lanifcación a largo pla&o. %lanifcación a medio pla&o. %lanifcación a corto pla&o.


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La planifcación a largo pla&o se lleva a ca!o al crear un nuevoproceso. Se corresponde con la decisión de a'adir un nuevoproceso al conunto de procesos que están activos.

La planifcación a medio pla&o $orma parte de la $unción deintercam!io. Esta es la decisión de a'adir un proceso a los quese encuentran en la memoria principal y están disponi!les parala eecución.

La planifcación a corto pla&o consiste en decidir que proceso enestado listo será el que se eecute a continuación.

TIPOS DE PLANIFICACION

LA PLANIFICACION A LARGO PLAZO"

La planifcación a largo pla&o determina cuales son los programasadmitidos en el sistema. e esta $orma, controla el grado demultiprogramación. nas ves admitidas, un tra!ao o un programa deusuario se convierten en un proceso y se a'ade a la cola delplanifcador a corto pla&o. En algunos sistemas, un proceso reci*ncreado comien&a en situación de suspendido, en cuyo caso se a'adea la cola del planifcador a medio pla&o.

Eecutando

Listo

+loqueado

Salida

+loqueadosuspendido

uevo

Listosuspendido

-orto %la&o

edio %la&o

Largo %la&o


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En un sistema de proceso por lotes, o !ien en la parte de proceso porlotes de un sistema operativo de carácter general, los procesos reci*nincorporados se encaminan #acia el disco y permanecen detenidos enuna cola de procesos por lotes. El planifcador a largo pla&o crearáprocesos a partir de la cola cuando sea posi!le. os decisiones entran

en uego en este sistema. %rimero, el planifcador de!e decidir si elsistema operativo puede acoger uno o mas procesos adicionales.Segundo, el planifcador de!e decidir que tra!ao aceptar y convertiren procesos tomando estas consideraciones !revemente.La decisión de cuándo crear un nuevo proceso viene dada, engeneral, por el grado de multiprogramación deseado. -uando másprocesos se crean, menos es el porcentae de tiempo en el que cadaproceso se puede eecutar (es decir que compiten más procesos porla misma cantidad de tiempo de procesador). 0si pues, el planifcadora largo pla&o puede limitar el grado de multiprogramación parao$recer un servicio satis$actorio al conunto de procesos actual. -adaves que fnali&a tra!ao, el planifcador puede tomar la decisión dea'adir uno o mas tra!aos a los nuevos. 0demás si la $racción detiempo que el procesador esta ocupado e1cede un cierto um!ral, sepuede volver a invocar al planifcador a largo pla&o.La decisión de cuál va a ser el siguiente proceso a admitir puedeseguir un simple algoritmo primero en llegar/primero enservirse(2-2S) o !ien puede !asarse en alguna #erramienta degestión de rendimiento del sistema. El criterio empleado puede teneren cuenta prioridades, tiempo de eecución esperados y e1igencias deE/S.

%ara programas interactivos en un sistema de tiempo compartido,cuando un usuario intenta conectarse al sistema, se genera unasolicitud para crear un proceso. Los usuarios de tiempo compartido nopueden ser puestos en cola y #acerles esperar #asta que el sistemapueda aceptarlos. %or el contrario, acepta todas las llegadasautori&adas #asta que el sistema se sature de acuerdo con algunamedida de saturación predefnida. Llegando a este punto, lassolicitudes de cone1ión se responden con un mensae que indica queel sistema está completo y que de!e intentarse más tarde.


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LA PLANIFICACION A MEDIO PLAZO"

La planifcación a medio pla&o $orma parte de la $unción deintercam!io. La decisión de cargar un proceso en la memoria principalse !asa en la necesidad de controlar el grado de multiprogramación.En un sistema que no emplee memoria virtual, la gestión de, memoriatam!i*n es un punto muy importante que tratar. e esta manera ladecisión de cargar en las memorias tendrá en cuenta las necesidadesde memoria del proceso descargado.

LA PLANIFICACION A CORTO PLAZO"

Esta planifcación se eecuta con poca $recuencia, tomando unaprimera decisión so!re tomar o no un nuevo proceso y cual escoger.El planifcador a medio pla&o se eecuta con algo más de $recuencia,para tomar la decisión del intercam!io.

Esta planifcación tam!i*n es conocida como distri!uidor (dispatc#er),es el de eecución más $recuente y toma decisiones con un mayordetalle so!re el proceso que se eecutará a continuación.El planifcador a corto pla&o se eecuta cuando ocurre un suceso quepueda conducir a la interrupción del proceso actual o que o$rece laoportunidad de e1pulsar de la eecución al proceso actual a $avor deotro. -omo por eemplo"

• 3nterrupciones del relo.• 3nterrupciones de E/S.• Llamadas al sistema operativo.• Se'ales.


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0L456375S E %L0323-0-38

CRITERIOS DE PLANIFICACIÓN A CORTO PLAZO

n solo procesador puede ser compartido entre varios procesos concierto 9algoritmo de planifcación9, este determina cuándo detener eltra!ao en un proceso para dar servicio a otro distinto que tam!i*nrequiere ser atendido ca!e aclarar que cuando más de un proceso eseecuta!le desde el punto de vista lógico, es el Sistema 5perativo el

encargado de decidir cuál de ellos se de!e eecutar en primert*rmino, y lo reali&a a trav*s del 9%lanifcador9, utili&ando dic#osalgoritmos de planifcación.

%ara evaluar las diversas estrategias de planifcación a adoptar fanun conunto de pautas, mecanismos o criterios a seguir,pertenecientes a la 9planifcación a corto pla&o o de !aonivel9(descripta en el :tem anterior) su 9principal o!etivo9 es dividirel tiempo del procesador a fn de 9optimi&ar9 uno o más elementosdel comportamiento del sistema.

-omo primera medida podemos di$erenciar determinados aspectosentre dos clasifcaciones de criterios"

;< -riterios orientados al usuario.=< -riterios orientados al sistema.

mbos son caracterizados en el siguiente cuadro comparativo

Orientados al Sistema Orientados al Usuario

Eno!ue -omportamientos del sistema taly como lo perci!en los usuarios ylos procesos individuales.

-entrali&ados en laefciencia y efcacia en eluso del procesador

O"#eti$os


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servicios a pesar de lacantidad de tra!aos aeecutarse

Es importante se'alar que estos criterios son dependientes entre s: y

es imposi!le optimi&arse simultáneamente, ya que o!tener un !uenservicio para los usuarios puede generar a su ve& una so!recarga enel sistema y reducir la productividad, pues cada proceso es único eimpredeci!le de!ido a que sus requerimientos pueden resultardistintos con respecto a otro proceso.En el siguiente esquema de llaves se considera otra clasifcación,además de las citadas anteriormente, como ser la relativa alrendimiento de los sistemas y usuarios y aquellos que no lo son"

" 6especto del rendimiento" son criterios cuantitativos y por elloevaluados $ácilmente. %or eemplo, el tiempo de respuesta y laproductividad." 5tros criterios no relativos al rendimiento" son criterios cuantitativosy no pueden ser medi!les con $acilidad. %or eemplo la previsi!ilidad.

Es!uema de lla$es de los %riterios de &lani'%a%i(n"

A)*)* +T)Ret, 3ntervalo de tiempo transcurrido entre el inicio y fn deun proceso (suma del tiempo de eecución real y el consumido por la

espera de recursos).A)*)- +T) Res&, %er:odo de tiempo transcurrido desde que se emite


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una solicitud #asta que la respuesta comien&a a reci!irse es meormedida que la anterior, con respecto al usuario. El criterio adoptadoes minimi&arlo, y ma1imi&ar el número de usuarios interactivos que loperci!an.A)*). +Pla/, -uando se puede prever un pla&o para el fn de un

proceso, otras metas de!en cooperar con este criterio para ma1imi&arsu resultado.A)-)* +Pre$, Se de!en contemplar los mecanismos necesarios queeviten alteraciones en el t*rmino de los procesos, de!i*ndoseeecutar apró1imada


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os problemas ue presenta son+

. El tiempo medio de espera suele ser elevado.-. a&o nivel de utili#ación de la CPU.. Pobre tiempo de respuesta en procesos cortos en esuemas con mucha carga./. 0iende a favorecer a los procesos con carga de CPU frente a los ue tienen carga de

E1".2. Uso ineficiente de los dispositivos de E1".

Turno rotatorio (RR Round robin)

(Algoritmo no apropiativo) El algoritmo de planificación round3robin fueespecialmente dise4ado para sistemas en tiempo compartido. "e define unapeue4a unidad de tiempo com5n llamada uantum de tiempo o time slice, uegeneralmente tiene un valor entre 6 ' 66 milisegundos. a cola de listos setrata como una cola circular. El planificador de CPU recorre la cola asignando elprocesador a cada proceso durante un intervalo de tiempo de hasta unuantum.

Para implementar la planificación 77, la cola se mantiene como una cola deprocesos !$!%. El planificador de la CPU selecciona el primer proceso de lacola, ' 5nicamente puede salir del estado de e&ecución por tres motivos+ uetermine su e&ecución, se proceda al llamada a una E1" ' el proceso se uedebloueado o ue se genere una interrupción por haber superado un uantumde e&ecución del proceso.

"i ha' n procesos en la cola ' el uantum de tiempo es , entonces cada

proceso obtiene 1n del tiempo de CPU en fragmentos de al menos unidadesde tiempo cada ve#. Cada proceso tiene ue esperar no más de (n3) 8 unidades de tiempo hasta su uantum de tiempo siguiente.

El conflicto surge en el momento de decidir la duración del uantum de tiempopara cada proceso. "i el uantum es mu' peue4o, produce mucho overheadpor la gran cantidad de cambios de conte8to de e&ecución ue hace el sistemaoperativo. "i por el contrario, el uantum es mu' grande produce un tiempo dereacción mu' pobre porue los procesos en cola de listos esperan demasiado 'si es infinito se convierte en !C!". Es decir ue para ue sea eficiente, laduración del conte8t s9itch debe ser mucho menor ue el time slice.

Una desventa&a del turno rotatorio es el tratamiento ue hace si e8iste uname#cla de procesos limitados por CPU ' procesos limitados por E1". En estecaso, suceder:a lo siguiente+ un proceso limitado por E1" utili#a el procesadordurante un periodo corto ' despu*s se blouea en la E1"; espera a ue secomplete la operación de E1" ' entonces vuelve a la cola de listos. Por otrolado, un proceso limitado por procesador generalmente hace uso de un cuantode tiempo completo cuando se e&ecuta e inmediatamente retorna a la cola delistos. As: pues, los procesos con carga de procesador tienden a recibir unaporción desigual de tiempo de procesador, lo ue origina un rendimiento pobrede los procesos con carga de E1", un mal aprovechamiento de los dispositivos

de E1" ' un incremento de la variabilidad del tiempo de respuesta.


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Para solucionar este problema se implementa un algoritmo llamado


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e8ponencial ue permite predecir valores futuros a partir de una serie devalores pasados.

"n> ? α 0n > ( 3 α )"n

@onde+

0i ? 0iempo de e&ecución en el procesador para el i3*simo caso del proceso(tiempo total de e&ecución para un traba&o por lotes; tiempo de ráfaga deprocesador para traba&os interactivos).

"i ?


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El algoritmo "70 no presenta el sesgo favorable a los procesos largos del!C!". Al contrario ue el turno rotatorio, este algoritmo es más eficiente debidoa ue no se produce overhead mu' frecuente debido a ue las interrupcionesno son producidos por el relo& del sistema. Por el contrario, se deben tener encuenta los tiempos de servicio transcurridos, lo ue contribu'e a la sobrecarga.

El "70 tambi*n deber:a producir tiempos de retorno me&ores ue los del "P=,puesto ue los traba&os cortos reciben una atención inmediata ' preferente alos traba&os largos.

Primero el de ma#or tasa de respuesta ($RRN $ighestresponse ratio net)

(Algoritmo apropiativo) Cuando el proceso actual termina o se blouea, se eligeel proceso listo con un ma'or valor de 7. @onde 7 es+

7 ? (9 > s) 1 s

7 ? tasa de respuesta.

9 ? tiempo consumido esperando al procesador.

s ? tiempo de servicio esperado.

a decisión de planificación se basa en una estimación del tiempo de retornonormali#ado. o ue se intenta es reducir al má8imo las proporciones detiempo 7.

Este m*todo es atractivo porue tiene en cuenta la edad del proceso. Aunuese favorece a los traba&os más cortos (un denominador menor produce unara#ón ma'or), el enve&ecimiento sin ue ha'a servicio incrementa el valor de lara#ón, de forma ue los procesos más largos puedan pasar, en competicióncon los más cortos. El tiempo esperado de servicio debe estimarse antes deemplear la t*cnica de la ma'or tasa de respuesta.


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REALI(EN)ACIÓN

Si no se dispone de ninguna in"ormación sobre la longitud relativa de los diversos procesos , no se puede emplear ninguno de los algoritmos anteriores

Si no es posible utilizar como base el tiempo de ejecución restante, se emplea el tiempo

de ejecución consumido !asta el momento.

ara ello la plani"icación es destacada 8 con un cuanto de tiempo9 y se emplea un

mecanismo din:mico de prioridades. Cuando un proceso entra por primera vez en el

sistema , se sitúa en %;3. Cuando vuelve al estado de Listo , despu


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#xiste un gran número de variantes de este esquema. 1na versión simple consiste en

realizar la apropiación de la misma "orma que el turno rotatorio a intervalos

periódicos.

1n problema es que el tiempo de retorno de los procesos mayores puede alargarse de

"orma alarmante . #n realidad puede ocurrir inanición si llegan regularmente nuevostrabajos al sistema. ara compensar , se puede variar el tiempo de apropiación en

"unción de la cola un proceso par %;3 dispone de una unidad de tiempo de ejecución

!asta ser expulsado a un proceso plani"icado para %;/ se le permite ejecutar durante 2

unidades de tiempo y as= sucesivamente . #n general un proceso plani"icado para %;i

puede ejecutar 2i unidades de tiempo antes de ser expulsado.

&ncluso permitiendo una mayor asignación de tiempo a las prioridades menores , un

proceso largo aún puede su"rir inanición . 1n posible remedio consiste en promocionar

un proceso a una cola de mayor prioridad despu


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Con la excepción del turno rotatorio y del -C-S , las diversas disciplinas la

plani"icación vistas !asta a!ora !acen elecciones en "unción del tiempo esperado de

servicio. or desgracia resulta bastante di"=cil construir modelos anal=ticos "iables para

estas disciplinas. Sin embargo es posible !acerse una idea del rendimiento relativo de

dic!os algoritmos de plani"icación en comparación con el -C-S, considerando una

plani"icación por prioridades donde la prioridad esta en "unción del tiempo deservicio.

Si la plani"icación se !ace en "unción de prioridades y si los procesos se asignan a una

clase de prioridad según su tiempo de servicio , entonces aparecen di"erencias.

continuación se muestran las "ormulas resultantes con dos clases de prioridad , con

tiempos de servicio di"erentes para cada clase .

#n la tabla el valor de B !ace re"erencia a la tasa de llegada. #stos resultados se pueden

generalizar a cualquier numero de clases de prioridad. Las "órmulas son di"erentes para

la plani"icación no pre"erente y pre"erente .en el último caso se supone que un proceso

de menor prioridad es interrumpido inmediatamente cuando uno de mayor prioridad

esta listo.

#jemplo

Considerando dos clases de prioridad , con igual número de llegadas de procesos a cada

clase y con tiempo medio de servicio para la clase de in"erior prioridad cinco veces

mayor que el de la clase de mayor prioridad . (e este modo se pre"iere dar pre"erencia

a los procesos cortos. continuación se muestra el resultado global


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Si se da pre"erencia a los procesos m:s cortos se mejora el tiempo de retornonormalizado. Como podr=a esperarse, la mejora es mayor cuando se emplea

apropiación. Sin embargo el rendimiento total no se ve muy a"ectado.

ero surgen di"erencias signi"icativas cuando se consideran las dos clases de prioridad

de "orma separada.

continuación se muestran los resultados para los procesos m:s cortos y de prioridad

superior


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ara comparar, la l=nea superior del gr:"ico indica que no se emplean las prioridades si

no que simplemente se observa el rendimiento relativo de la mitad de los procesos que

presentan menor tiempo de procesamiento . Las otras dos l=neas indican que a estos

procesos se les asigna una prioridad mayor. Cuando el sistema ejecuta con plani"icación

no pre"erente por prioridades, las mejoras son signi"icativas. Son incluso mayores

cuando se emplea apropiación.

continuación se muestra el mismo an:lisis para los procesos largos y de prioridad

in"erior.


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#n el gr:"ico anterior los procesos su"ren una degradación del rendimiento cuando se

utiliza la plani"icación por prioridades.

Siste"as !e C$as

C$as !e un s$$ ser&i!$r+#l sistema de colas m:s simple es el siguiente


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#l elemento central del sistema es un servidor , que proporciona cierto servicio a los

individuos. l sistema llegan individuos de una población para ser servidos. Si elservidor esta libre , se sirve inmediatamente al individuo en otro caso el individuo se

aade a una "ila de espera. Cuando el servidor a terminado de servir a un individuo ,


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ero las "ilas en espera se !acen muy largas cuando se est: próximo a la saturación del

sistema y crece sin l=mites cuando p @/

C$as (utiser&i!$r+ continuación una generalización del modelo simple que se !a tratado para múltiples

servidores todos los cuales comparten una "ila de espera .

Si un individuo llega y !ay por lo menos un servidor disponible el individuo se expide

inmediatamente a ese servidor . se supone que todos los servidores son iguales . Si todos

los servidores est:n ocupados se empieza a "ormar un "ila de espera . Si se tienen '

servidores id


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y el siguiente gr:"ico muestra el tiempo medio de espera.


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Observando el tiempo de retorno se puede comprobar que el rendimiento del -C-S es

muy des"avorable, con una tercera parte de los procesos que tienen un tiempo de

retorno normalizado /3 veces superior al tiempo de servicio y estos procesos son los

m:s cortos. #l tiempo absoluto de espera es uni"orme , como se esperaba puesto que la

plani"icación es independiente del tiempo de servicio. #n los gr:"icos se muestran un

turno rotatorio con un cuanto de / unidad de tiempo. #xcepto para los procesos m:s

cortos, que se ejecutan en menos de un cuanto , el turno rotatorio 8%%9 produce un

tiempo de retorno normalizado en torno a 7 para todos los procesos tratando a todos por

igual. #l algoritmo de primero el proceso m:s corto 8S'9 obtiene mejor rendimiento

que el turno rotatorio excepto para los procesos m:s cortos . #l del menor tiemporestante8S*% que es la versión pre"erente del S', da un mejor rendimiento que el S'

excepto para el G4 de los procesos 8los m:s largos9. Con las pol=ticas no pre"erentes

-C-S "avorece a los procesos largos y S' a los cortos . La pol=tica de primero la

mayor tasa de respuesta 8H%%'9 intenta establecer un equilibrio entre estos dos

e"ectos , y esto queda con"irmado en los gr:"icos. or último el gr:"ico muestra la

plani"icación con realimentación con un cuanto uni"orme y "ijo para cada cola. Como

se esperaba , la realimentación 8 -$9 "unciona bastante bien para los procesos m:s

cortos.


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O)ROS AL,ORI)(OS DE PLANIFICACION

/9 L'&-&CC&O' (# 1' *O%'#O.0 #s uno de los algoritmos m:s antiguos,simples, imparciales y m:s ampliamente utilizados. #n el que a cada proceso se le

asigna un intervalo de tiempo, llamado su cantidad, en el cual se le permite su

ejecución. *odo lo que el plani"icador necesita es !acer conservar una lista de procesos

ejecutables.

)%-&C+#'*#

/9 roceso activo Siguiente proceso roceso activo

29 L'&-&CC&O' O% %&O%&((.0 Consiste en asignar a cada proceso una

prioridad y se le permite la ejecución del proceso ejecutable que tenga la prioridad m:s

alta.

59 L'&-&CC&O' CO'(1C&( O% OL&*&C.0 ermite que el sitema lleve el

control de la cantidad de tiempo de la C1 que un usuario a tenido para todos sus

procesos desde que ingreso a su sistema y el tiempo que cada usuario !a estado dentro

del sistema.

./.- PROCESOS EN %NI0

1n proceso 1'&I tiene dos :reas de memoria ejecución y control

#l :rea de ejecución es el programa 8texto9 m:s las zonas de memoria reservadas

para la pila y los datos. #st: en la zona de memoria virtual asignada al proceso.

#l :rea de control contiene los bloques de control que conserva la in"ormación

acerca del proceso. #sta zona pertenece al núcleo del SO.

#l :rea de control tiene in"ormación que debe residir en memoria continuamente

e in"ormación que puede ser enviada a disco con el :rea de ejecución cuando el plani"icador de procesos decida.

.1.- CONCL%SIONES+

Comunicar procesos entre s= mediante primitivas de comunicación 8que se utilizan

para garantizar que dos procesos no se encuentren jam:s al mismo tiempo dentro de sus

regiones cr=ticas 9.

Calcular las prioridades de los procesos y organizarlos en niveles de prioridad en"unción de dic!os valores.

$

- ( - ( $


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Seleccionar el proceso que tenga m:xima prioridad y asignar tiempo de C1.

Si el proceso termina su cuenta de ejecución 8no !ay bloqueo9, el proceso pasa a la cola

de su nivel de prioridad.

Si el proceso se bloquea durante su cuenta, el plani"icador selecciona inmediatamenteotro proceso y le asigna tiempo de C1.

Si un proceso retorna de una llamada al sistema y !ay un proceso listo con mayor

prioridad, el proceso de menor prioridad es desalojado de la C1.

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