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Memória Virtual
Prof. Dr. José Luís Zem
Prof. Dr. Renato Kraide Soffner
Prof. Ms. Rossano Pablo Pinto 
Faculdade de Tecnologia de Americana
Centro Paula Souza 
Tópicos
 Introdução
 Espaço de Endereçamento Virtual
 Mapeamento
 Paginação
 Segmentação
 Segmentação com Paginação
 Proteção
 Compartilhamento de Memória
 Swapping em Memória Virtual
 Trashing
Introdução
 Memória Virtual (virtual memory) é uma técnica bastante poderosa 
de gerenciamento de memória, onde as memórias principal e 
secundária são combinadas , oferecendo ao usuário a impressão 
de existir uma memória muito maior que a memória principal.
 O conceito está baseado em desvincular o endereçamento feito 
pelo processo dos endereços físicos da memória principal
 Desta maneira, os processos e suas estruturas de dados deixam de 
estar limitados ao tamanho da memória física disponível.
Introdução
E n d e r e ç o F í s i c o
5 0 0
5 0 1
5 0 2
5 0 3
5 0 4
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5 9 9
V E T [ 1 ]
V E T [ 2 ]
V E T [ 3 ]
V E T [ 4 ]
V E T [ 5 ]
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V E T [ 1 0 0 ]
Espaço de Endereçamento Virtual
 Um programa no ambiente de memória virtual não faz referência a 
endereços físicos de memória (endereços reais), mas apenas a 
endereços virtuais.
 No momento da execução de uma instrução, o endereço virtual é 
traduzido para um endereço físico para poder ser atendido pela 
CPU.
 O mecanismo de tradução do endereço virtual para o endereço 
físico é denominado mapeamento.
 O conjunto de endereços virtuais que os processos podem 
endereçar é chamado espaço de endereçamento virtual. Da 
mesma maneira, o conjunto de endereços reais é chamado de 
espaço de endereçamento real.
Espaço de Endereçamento Virtual
Es
pa
ço
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en
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Es
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alE n d e r e ç o v i r t u a l 0
E n d e r e ç o v i r t u a l 1
E n d e r e ç o v i r t u a l 2
E n d e r e ç o v i r t u a l 3
E n d e r e ç o v i r t u a l 4
E n d e r e ç o v i r t u a l 5
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E n d e r e ç o v i r t u a l V
E n d e r e ç o r e a l 0
E n d e r e ç o r e a l 1
E n d e r e ç o r e a l 2
E n d e r e ç o r e a l 3
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E n d e r e ç o r e a l R
Espaço de Endereçamento Virtual
M e m ó r i a V i r t u a l
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M e m ó r i a P r i n c i p a l
M e m ó r i a S e c u n d á r i a
.
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Mapeamento
 Toda a estrutura do processo ou programa executado em seu 
contexto precisa estar no espaço de endereçamento real para 
poder ser referenciado pelo processador. Portanto, deve existir um 
mecanismo que transforme endereços virtuais em endereços reais.
 Cada processo tem o mesmo espaço de endereçamento virtual, 
como se possuísse memória própria. O mecanismo de tradução se 
encarrega de manter as tabelas de mapeamento exclusivas para 
cada processo, relacionando os endereços virtuais do processo às 
suas posições na memória física.
Mapeamento
M e m ó r i a V i r t u a l
M e m ó r i a P r i n c i p a l
M a p e a m e n t o
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Mapeamento
P r o c e s s o A
E s p a ç o d e
e n d e r e ç a m e n t o
v i r t u a l d e A
E n d e r e ç o v i r t u a l 1
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T a b e l a d e
m a p e a m e n t o
d e A
E s p a ç o d e
e n d e r e ç a m e n t o
v i r t u a l d e B
E n d e r e ç o v i r t u a l 1
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T a b e l a d e
m a p e a m e n t o
d e B
P r o c e s s o B
M e m ó r i a P r i n c i p a l
Paginação
 É a técnica de gerência de memória onde o espaço de 
endereçamento virtual e o espaço de endereçamento real são 
divididos em blocos do mesmo tamanho, chamados páginas.
 As páginas no espaço virtual são denominadas páginas virtuais, 
enquanto as páginas no espaço real são chamadas de páginas 
reais ou frames.
 Todo o mapeamento é realizado em nível de página, através de 
tabelas de páginas.
 Cada página virtual do processo possui uma entrada na tabela 
(Entrada na Tabela de Página - ETP), com informações sobre o 
mapeamento.
Paginação
M e m ó r i a V i r t u a l
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P á g i n a v i r t u a l 0
P á g i n a v i r t u a l 1
P á g i n a v i r t u a l 2
P á g i n a v i r t u a l V
T a b e l a d e
p á g i n a s
E T P
M e m ó r i a P r i n c i p a l
M e m ó r i a S e c u n d á r i a
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P á g i n a r e a l 0
P á g i n a r e a l 1
P á g i n a r e a l R
Paginação
 Quando um programa é executado, as páginas virtuais são 
transferidas da memória secundária para a memória principal e 
colocadas em frames.
 Sempre que o programa fizer referência a um endereço virtual, o 
mecanismo de mapeamento localiza, na ETP da tabela do 
processo, o endereço físico do frame.
 O endereço virtual é formado pelo número da página virtual e um 
deslocamento dentro da página.
Paginação
P á g i n a v i r t u a l
D e s l o c a m e n t o
E n d e r e ç o v i r t u a l
D e s l o c .N P V
E n d . d o f r a m e
E T P
T a b e l a d e p á g i n a s
E n d . d o f r a m e D e s l o c .
F r a m e
D e s l o c a m e n t o
E n d e r e ç o f í s i c o
Paginação
 Além da informação sobre a localização da página virtual, a ETP 
possui outras informações.
 Bit de validade que indica se uma página está ou não na memória 
física (valid bit ou residence bit).
 Bit de indicação se uma página sofreu alteração após ser 
carregada (modify bit ou dirty bit).
Paginação
E n d e r e ç o v i r t u a l
T a b e l a d e p á g i n a s
B i t d e v a l i d a d e
0
M e m ó r i a P r i n c i p a l
M e m ó r i a s e c u n d á r i a
P a g e f a u l t
T a b e l a d e p á g i n a s
B i t d e v a l i d a d e
1
M e m ó r i a P r i n c i p a l
M e m ó r i a s e c u n d á r i a
P a g e i n
Paginação
 Paginação por Demand (Demand Paging)
 As páginas dos processos são transferidas da memória 
secundária para a principal apenas quando são referenciadas.
 Paginação por Antecipação (Antecipatory Paging)
 As páginas próximas àquela referenciada também são 
carregadas, simulando uma previsão de quais páginas serão 
necessárias, trazendo-as antecipadamente para a memória.
Paginação
 O problema da fragmentação também existe em sistemas 
pagináveis.
 A fragmentação só é encontrada, realmente, na última página, 
quando o código não a ocupa por completo.
 A maior ou menor fragmentação é conseqüência do tamanho da 
página.
Paginação
P á g i n a 0
P á g i n a 1
P á g i n a 2
P á g i n a 3
P á g i n a 4
P R O G R A M F r a g ;
V A R
P R O C E D U R E A ;
E N D ;
B E G I N
E N D .
F r a g m e n t a ç ã o
Paginação
 Páginas pequenas:
 necessitam de tabelas de mapeamento maiores;
 provocam maior taxa de paginação;
 aumentam o número de acessos à memória secundária;
 geram menor fragmentação.
 O tamanho da página varia de sistema para sistema, mas 
normalmente está entre 512 bytes a 4 Kbytes.
Paginação - Working Set
 O conceito de Working Set surgiu a partir da análise da taxa de 
paginação dos processos.
 Quando um programa iniciava sua execução, percebia-se uma 
elevada taxa de page faults, que se estabilizava com o decorrer de 
sua execução.
 Localidade é a tendência que existe em um programa de fazer 
referências às posições de memória relativamente próximas. 
Paginação - Working Set
P á g i n a 0
P á g i n a 1
P á g i n a 2
P á g i n a 3
P á g i n a 4
I n i c i a l i z a ç ã o
W H I L E ( ) D O
 B E G I N
E N D ;
I m p r i m e r e s u l t a d o s
Paginação - Working Set
 A localidade tem um forte relacionamento com a maneira com que 
a aplicação foi escrita.
 Se um programa foi desenvolvido utilizando-se as técnicas 
estruturadas, o conceito de localidade estará presente com 
certeza.
 Working Set é o conjunto de páginas que um processo referencia 
constantemente, e por isso deve permanecer na memória 
principal.
 Caso contrário, aumenta-se a paginação, comprometendo o 
desempenho.
Paginação - Working Set
 O Working Set deve possuir um limite de páginas. Quanto maior for o Working Set, menor será a probabilidade de 
ocorrerem page faults.
 Quanto maior o Working Set, maior o consumo de memória e 
menor a quantidade de processos carregados na memória principal 
ao mesmo tempo, consequentemente, menor o grau de 
multiprogamação.
Paginação - Realocação de Páginas
 O maior problema na gerência de memória virtual por paginação 
não é decidir qual página carregar para a memória, mas sim, quais 
páginas remover.
 Qualquer estratégia de realocação de página deve considerar se 
uma página foi ou não modificada, antes de liberá-la para outro 
processo.
 Possíveis alterações feitas na página quando ocupada podem ser 
perdidas.
Paginação - Realocação de Páginas
 O sistema possui um arquivo de paginação ( page file ) onde as 
páginas modificadas ficam armazenadas.
M e m ó r i a P r i n c i p a l
A r q u i v o d e
p a g i n a ç ã o
P a g e o u t
P a g e i n
Paginação - Realocação de Páginas
 Sempre que o sistema liberar uma página, deverá gravá-la no 
arquivo de páginas ( page out ), preservando o seu conteúdo.
M e m ó r i a P r i n c i p a l
A r q u i v o d e
p a g i n a ç ã o
P a g e o u t
P a g e i n
Paginação - Realocação de Páginas
 Quando uma destas páginas alteradas for referenciada 
novamente, ela será recuperada do arquivo de páginas e trazida 
para o Working Set do processo ( page in ).
M e m ó r i a P r i n c i p a l
A r q u i v o d e
p a g i n a ç ã o
P a g e o u t
P a g e i n
Paginação - Realocação de Páginas
 O sistema sabe se uma página foi alterada ou não através do bit de 
modificação (modify bit ou dirty bit), que existe na ETP de cada 
tabela de página.
 A melhor estratégia de realocação seria aquela onde a escolha 
caisse sobre uma página que não fosse referenciada num futuro 
próximo, porém o SO têm dificuldade em prever isso.
 Assim, algumas estratégias são adotadas pelos SOs para a 
realocação de páginas.
Paginação - Realocação de Páginas
 Aleatória (RANDOM)
 Esta escolha não utiliza critério algum para a seleção.
 Todas as páginas do working set tem as mesmas chances de 
serem selecionadas, inclusive páginas que são freqüentemente 
referenciadas.
 Apesar de ser uma estratégia que consome poucos recursos 
não é tão comum.
Paginação - Realocação de Páginas
 First In First Out (FIFO)
 A página que primeiro foi utilizada será a primeira a ser 
escolhida.
 Implementação bastante simples, sendo necessário apenas 
uma fila onde as páginas mais antigas estão no início da fila e 
as mais novas no final.
 As páginas podem ter que voltar várias vezes à fila.
Paginação - Realocação de Páginas
 Least Recently Used ( LRU )
 Esta estratégia seleciona a página utilizada menos 
recentemente, ou seja, a página que está mais tempo sem ser 
referenciada.
 Gera overhead causado pela atualização em cada paragina 
referenciada, do momento do último acesso, além do algoritmo 
de busca das páginas.
Paginação - Realocação de Páginas
 Not Used Recently ( NRU )
 Bastante semelhante a LRU.
 Nesta estratégia existe um flag que permite ao sistema a 
implementação do algoritmo. O flag de referência indica 
quando a página foi referenciada ou não, e está associado a 
cada entrada na tabela de páginas.
 Inicialmente, todas as páginas estão com flag indicando que 
não foram referenciadas (0).
 A medida que as páginas são referenciadas, o flag é modificado 
pelo hardware (1), depois de certo tempo é possível saber 
quais páginas foram referenciadas ou não.
Paginação - Realocação de Páginas
 Least Frequently Used ( LFU )
 Neste esquema, a página menos referenciada, ou seja, a 
menos freqüentemente utilizada será a página escolhida.
 Para isso, é mantido um contador di número de referências 
feitas às páginas.
 A página que contiver o contador com o menor número de 
referências será a página escolhida.
 Este algoritmo privilegia páginas que são mais utilizadas.
 Páginas que acabaram de entrar na memória podem ser 
escolhidas para deixar a mesma.
Segmentação
 A segmentação é uma técnica de gerência de memória, onde os 
processos são divididos logicamente em sub-rotinas e estruturas 
de dados, e colocados em blocos de informações na memória.
 Os blocos tem tamanhos diferentes e são chamados de segmentos, 
cada um com seu próprio espaço de endereçamento.
 A grande diferença entre a paginação e a segmentação é que, 
enquanto a primeira divide a memória em partes de tamanho fixos, 
sem qualquer ligação com a estrutura do processo, a segmentação 
permite uma relação entre a lógica do processo e sua divisão na 
memória.
Segmentação
P R O G R A M S e g m e n t o ;
 V A R A : A R R A Y . . .
 C : . . .
P R O C E D U R E X ;
E N D ;
F U N C T I O N Y ;
E N D ;
B E G I N
E N D .
P r o c e d i m e n t o X
P r o g r a m a P r i n c i p a l
F u n ç ã o Y
A r r a y A
V a r i á v e l C
.
.
.
Segmentação
 Os segmentos são mapeados através de tabelas de mapeamento 
de segmentos (TMS).
 Os endereços são compostos pelo número do segmento e um 
deslocamento dentro do segmento.
 O número do segmento identifica unicamente uma entrada na 
tabela de segmentos (ETS), onde estão as informações sobre o 
segmento na memória real.
Segmentação
D e s l o c a m e n t o
E n d e r e ç o v i r t u a l
D e s l o c .
E n d . d o s e g m e n t o
E T S
T a b e l a d e s e g m e n t o s
D e s l o c .
S e g m e n t o n a
m e m ó r i a p r i n c i p a l
D e s l o c a m e n t o
E n d e r e ç o f í s i c o
S e g m e n t o v i r t u a l
Segmentação
 O SO mantém uma tabela com áreas livres e ocupadas da 
memória.
 Quando um novo processo é carregado para a memória, o sistema 
localiza um espaço livre que o acomode.
 As estratégias para escolha da área livre podem ser as mesmas 
utilizadas na Alocação Particionada Dinâmica, ou seja, best fit, 
worst fit ou first fit.
 O problema da fragmentação também ocorre nesse modelo.
 Um outro problema é sua complexidade, pois o SO deve manter 
tabelas de segmentos que variam de acordo com o número de 
segmentos.
Segmentação com paginação
 Sistemas que implementam a segmentação com paginação 
permitem a divisão lógica dos processos em segmentos e, por sua 
vez, cada segmento é dividido, fisicamente, em páginas.
Segmentação com paginação
E n d e r e ç o d o f r a m e D e s l o c a m e n t o
D e s l o c a m e n t oN u m .s e g m e n t o
N u m .
p á g i n a
E n d e r e ç o v i r t u a l
S e g m e n t o v i r t u a l
E n d . d a t a b e l a d e p á g i n a s
E T S
T a b e l a d e s e g m e n t o s
E n d e r e ç o d o f r a m e
E T P
T a b e l a d e p á g i n a s
E n d e r e ç o f í s i c o
Proteção
 A proteção é necessária para impedir que um processo, ao obter 
acesso a uma página ou segmento do sistema, a modifique ou 
mesmo tenha acesso a ela.
 Este esquema é implementado utilizando-se as entradas das 
tabelas de mapeamento, onde alguns bits especificam os acessos 
permitidos a cada uma das páginas / segmentos.
L G E n d e r e ç o d ap á g i n a / s e g m e n t o
B i t s d e p r o t e ç ã o
Proteção
D e s c r i ç ã o
S e m a c e s s o
A c e s s o d e l e i t u r a
A c e s s o p a r a l e i t u r a / g r a v a ç ã o
L G
0 0
1 0
1 1
Compartilhamento de Memória
 Em ambientes multiprogramáveis, é comum a utilização de códigos 
reentrantes.
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E s p a ç o d e
e n d e r e ç a m e n t o
v i r t u a l d e A
E n d e r e ç o v i r t u a l 1
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T a b e l a d e
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d e A
E s p a ç o d e
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v i r t u a l d e B
E n d e r e ç o v i r t u a l 1
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T a b e l a d e
m a p e a m e n t o
d e B
P r o c e s s o B
M e m ó r i a P r i n c i p a l
P á g i n a
Swapping em Memória Virtual
 O conceito de swapping continua válido quando aplicado à 
memória virtual.
 Em sistemas que utilizam esta técnica, quando existem novos 
processos que devemser processados e não existe mais memória 
real suficiente, o SO seleciona um ou mais processos que deverão 
deixar a memória para ceder espaço aos novos processos.
 Os critérios utilizados para escolha do processo são a prioridade e 
o estado do processo.
 Na prioridade, escolhe-se, dentre os processos, os de menor 
prioridade e no critério estado do processo escolhe-se aqueles 
processos que estão aguardando algum evento (bloqueados).
Swapping em Memória Virtual
M e m ó r i a P r i n c i p a l
P r o c e s s o A
P r o c e s s o B
P r o c e s s o E
P r o c e s s o D
P r o c e s s o CP r o c e s s o F
M e m ó r i a P r i n c i p a l
P r o c e s s o A
P r o c e s s o F
P r o c e s s o B
P r o c e s s o D
P r o c e s s o C
A r q u i v o d e
s w a p p i n g
P r o c e s s o B
S w a p o u t
S w
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i n
Trashing
 Trashing pode ser definido como sendo a excessiva transferência 
de páginas / segmentos entre a memória principal e a memória 
secundária.
 Esse problema aplica-se tanto a sistemas que implementam 
paginação como para aqueles que implementam a segmentação.
 O trashing ocorre quando existem mais processos competindo por 
memória do que espaço disponível.
Trashing
 O SO tenta administrar a memória de maneira que todos os 
processos sejam atendidos.
 De qualquer maneira, se existir mais processos para serem 
executados do que memória disponível, a solução seria 
acrescentar mais memória principal.
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