Simulador de Gerenciamento de Memória Virtual

Trabalho II da disciplina de Sistemas Operacionais. Simula os algoritmos de substituição de página Ótimo e FIFO, calculando o número de faltas de página (page faults) para uma sequência de acessos a memória, dada uma memória física de tamanho limitado.

Requisitos

• Python 3.8 ou superior
• Biblioteca zstandard — necessária apenas para arquivos .zst:

pip install zstandard

Como executar

python3 main.py <arquivo_de_entrada> <tamanho_memoria> [--pagina TAMANHO_BYTES]

Argumentos:

• arquivo_de_entrada: arquivo com a sequência de acessos a memória (um endereço hexadecimal por linha, ex: 0x60a1c35d8209). Aceita .txt (texto simples) ou .zst (comprimido com Zstandard, lido em streaming — sem extração em disco).
• tamanho_memoria: tamanho da memória física simulada. Aceita sufixos KB, MB, GB (ex: 8MB, 1GB, 32KB, 8KB)
• --pagina (opcional): tamanho da página em bytes (padrão: 4096 = 4KB)

Exemplos

# Arquivo comprimido pequeno (demo)
python3 main.py entradas_txt/acessos-Demo0.txt.zst 8MB

# Arquivo comprimido grande (leitura em streaming, sem extrair para disco)
python3 main.py entradas_txt/acessos-A0.txt.zst 8MB

# Arquivo de texto simples com tamanho de página personalizado
python3 main.py entradas_txt/teste_grande.txt 1MB --pagina 8192

Saída esperada:

RELATÓRIO:
A memória física comporta 2048 páginas.
Há 10 acessos no arquivo.
Há 3 páginas distintas no arquivo.
Estimativa do tamanho da tabela de páginas (1 nível): ... bytes (... KB).
Com o algoritmo ÓTIMO ocorrem N faltas de página.
Com o algoritmo FIFO ocorrem M faltas de página,
Desempenho do FIFO em relação ao ÓTIMO: X.XX%

Deseja listar o número de carregamentos (s/n)?

Ao responder s, é exibida uma tabela com o número de carregamentos de cada página para os dois algoritmos.

Arquivos de entrada disponíveis

Os arquivos de entrada ficam no diretório entradas_txt/:

Arquivo	Formato	Descrição
acessos-Demo0.txt.zst	.zst	Arquivo de demonstração pequeno
acessos-A0.txt.zst	.zst	Conjunto de acessos A0
teste_grande.txt	.txt	Arquivo de texto simples para testes

Nota: arquivos .zst não precisam ser extraídos — o simulador os lê em streaming diretamente.

Sobre os algoritmos implementados

• Ótimo: a cada falta de página, remove a página que será usada mais tarde no futuro entre as que estão na memória (ou que nunca mais será usada). É o algoritmo ideal teórico — impossível de implementar em um sistema real, pois exigiria conhecer o futuro, mas serve como referência de comparação. Implementado com pré-processamento de ocorrências futuras e seleção via max() sobre um dicionário de próximos usos.
• FIFO (First-In, First-Out): a cada falta de página, remove a página que está há mais tempo na memória.

Requisitos extras implementados

1. Listagem de carregamentos por página: mostra quantas vezes cada página precisou ser carregada na memória, para cada algoritmo.
2. Estimativa do tamanho da tabela de páginas (1 nível): calcula o tamanho que uma tabela de páginas de 1 nível ocuparia, considerando um espaço de endereçamento de 48 bits e 8 bytes por entrada da tabela (valores ajustáveis em main.py, constantes BITS_ENDERECO_PADRAO e TAMANHO_ENTRADA_TABELA).

Estrutura do projeto

.
├── main.py              # ponto de entrada (CLI), orquestra a simulação e o relatório
├── parser.py            # leitura do arquivo de entrada (.txt ou .zst) e conversão de endereços em páginas
├── simulator.py         # implementação dos algoritmos Ótimo e FIFO
├── utils.py             # parsing de tamanhos (8MB, 1GB...) e formatação de saída
└── entradas_txt/        # arquivos de entrada (.txt e .zst)
    ├── acessos-Demo0.txt.zst
    ├── acessos-A0.txt.zst
    └── teste_grande.txt

Notas de implementação

• Cada endereço de memória é convertido em número de página através da divisão inteira endereco // tamanho_da_pagina.
• O algoritmo Ótimo usa pré-processamento (índice de ocorrências futuras de cada página) e seleciona a vítima com max() sobre um dicionário (prox_uso_memoria) que rastreia o próximo uso de cada página presente na memória.
• Os arquivos .zst são lidos via zstandard.ZstdDecompressor.stream_reader com max_window_size=2 GB, permitindo a leitura de streams grandes sem extrair o conteúdo para o disco.