Simulador de Substituição de Páginas de Memória Virtual

Este projeto foi desenvolvido como um simulador do sistema de gerenciamento de Memória Virtual utilizando Paginação por Demanda em um único processo. O foco principal é a simulação e comparação do desempenho de quatro políticas distintas de substituição de páginas (FIFO, RAND, LRU e MIN/OPT), contabilizando o número de Page Faults para cada cenário, bem como o tempo decorrido em cada processamento. Desenvolvido como trabalho prático acadêmico, o projeto oferece uma implementação completa com gerador automático de casos de teste e scripts de automação para compilação e execução.

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📋 Tabela de conteúdos

• Sobre
• Tabela de conteúdos
• Funcionalidades
• Políticas de Substituição de Páginas
• Demonstração da aplicação
• Configuração e Execução da Aplicação
• Tecnologias
• Autores
• Licença

📝 Funcionalidades

• Simulação de memória virtual com paginação por demanda
• Implementação de 4 políticas de substituição de páginas (FIFO, RAND, LRU, MIN/OPT)
• Cálculo automático de parâmetros derivados (tamanho da página, número de frames, tamanho do swap)
• Contabilização de page faults para cada política
• Medição do tempo de execução de cada simulação
• Rastreamento do estado do swap ao final de cada processamento
• Suporte a múltiplas sequências de requisições de páginas
• Gerador automático de casos de teste (pequenos, médios e grandes)
• Scripts de automação para compilação e execução (Windows e Linux/macOS)

🔄 Políticas de Substituição de Páginas

O simulador implementa as quatro políticas clássicas de substituição de páginas estudadas em Sistemas Operacionais:

FIFO (First-In, First-Out)

Substitui a página que está na memória há mais tempo, ou seja, a primeira página a entrar é a primeira a sair. É a política mais simples de implementar, utilizando uma fila para controlar a ordem de chegada das páginas.

RAND (Aleatório)

Substitui um frame escolhido aleatoriamente da memória física. Embora não seja eficiente na prática, serve como baseline para comparação com outras políticas e é útil para análise estatística.

LRU (Least Recently Used)

Substitui a página cujo último acesso ocorreu no tempo mais distante. Baseia-se no princípio da localidade temporal: páginas usadas recentemente tendem a ser usadas novamente em breve.

MIN/OPT (Ótima de Belady)

Substitui a página que não será utilizada pelo período mais longo no futuro. É uma política teórica que requer conhecimento prévio de toda a sequência de requisições, servindo como limite inferior para o número de page faults.

📲 Demonstração da aplicação

O projeto é composto por duas partes principais: o gerador de casos de teste e o simulador de paginação.

Passo 1: Gerar casos de teste

Dentro da pasta test-case-generator/ há um tutorial completo (README.md) explicando como executar o gerador de casos de teste. Este script Python permite criar arquivos de entrada com diferentes níveis de complexidade.

⚠️ Pré-requisito: Python 3.x instalado na máquina.

Passo 2: Preparar os arquivos de entrada

Após gerar os casos de teste, copie os arquivos .txt gerados para a pasta paging-sim/input/.

Passo 3: Executar o simulador

Abra o terminal e navegue até a pasta do projeto:

cd paging-sim

Execute o script apropriado para seu sistema operacional:

Linux/macOS:

./run.sh

Windows:

./run.bat

⚠️ Pré-requisito: Java JDK 21+ instalado na máquina.

Passo 4: Visualizar os resultados

Os resultados das simulações serão gerados na pasta paging-sim/output/, com um arquivo de saída correspondente para cada arquivo de entrada processado.

📁 Configuração e Execução da Aplicação

⚙️ Pré-requisitos

Antes de começar, você precisa ter as seguintes ferramentas instaladas na sua máquina:

• Git - Para clonar o repositório
• Java JDK 21+ - Para compilar e executar o simulador
• Python 3.x - Para executar o gerador de casos de teste

Também é recomendável utilizar um editor de código como o Visual Studio Code.

🚀 Como Rodar a Aplicação Localmente

# Clone este repositório
$ git clone https://github.com/arturbomtempo-dev/virtual-memory-page-replacement-simulator.git

# Acesse a pasta do projeto
$ cd virtual-memory-page-replacement-simulator

# Gerar casos de teste (opcional - já existem exemplos na pasta input)
$ cd test-case-generator
$ python3 main.py -s 5 --min_req 50 --max_req 100 -p 32 > small.txt

# Voltar e executar o simulador
$ cd ../paging-sim

# Linux/macOS
$ ./run.sh

# Windows
$ ./run.bat

# Os resultados estarão disponíveis na pasta output/

📂 Estrutura do Projeto

virtual-memory-page-replacement-simulator/
├── paging-sim/                    # Simulador principal
│   ├── src/                       # Código-fonte Java
│   │   ├── app/                   # Aplicação principal
│   │   ├── model/                 # Modelos de dados
│   │   ├── parser/                # Parser de entrada
│   │   ├── policy/                # Políticas de substituição
│   │   ├── validation/            # Validação de entrada
│   │   └── exception/             # Exceções personalizadas
│   ├── bin/                       # Classes compiladas
│   ├── input/                     # Arquivos de entrada
│   ├── output/                    # Arquivos de saída
│   ├── run.sh                     # Script de execução (Linux/macOS)
│   └── run.bat                    # Script de execução (Windows)
│
└── test-case-generator/           # Gerador de casos de teste
    ├── main.py                    # Script principal
    ├── README.md                  # Documentação do gerador
    ├── small.txt                  # Exemplo de saída pequena
    ├── medium.txt                 # Exemplo de saída média
    └── large.txt                  # Exemplo de saída grande

💻 Tecnologias

As seguintes ferramentas e linguagens foram utilizadas no desenvolvimento deste projeto:

• Java: Linguagem principal utilizada para implementar o simulador de memória virtual, incluindo as políticas de substituição de páginas, estruturas de dados e lógica de simulação.
• Python: Linguagem utilizada para desenvolver o gerador automático de casos de teste, permitindo criar entradas de diferentes tamanhos e complexidades.
• Shell Script (Bash): Script de automação para compilação e execução do projeto em sistemas Linux e macOS.
• Batch Script (CMD): Script de automação para compilação e execução do projeto em sistemas Windows.

👨🏻‍💻 Autores

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Artur Bomtempo	Eduarda Vieira

Desenvolvido por Artur Bomtempo e Eduarda Vieira 👋🏻. Entre em contato:

Artur Bomtempo:

Eduarda Vieira:

📜 Licença

Copyright (c) 2025 Artur Bomtempo Colen

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