一、前言
以前的程式，都是直接運作在實體記憶體上的，即程式在運作時通路的位址都是實體位址。這種方式帶來的問題就是：如何把有限的實體記憶體配置設定給這麼多程式使用呢？
與此同時，這種記憶體配置設定政策也帶來幾個問題：
(1) 程式間的位址不隔離，惡意程式可能會借此損壞正常程式的資料。
(2) 記憶體使用效率低，由于記憶體大小有限，當剩餘的記憶體不夠裝載接下來要運作的程式的時候，正在運作的程式需要暫停換出到磁盤，以空出足夠的記憶體來，等它運作完了再換回來。這樣大量的資料進進出出，導緻記憶體的使用效率非常低下。
(3) 程式運作的位址不确定，程式在裝載運作時，都需要占用記憶體上的一塊空間，這個空間的位置是不确定的。但是，程式在編寫時，很多資料或是指令跳轉時的目标位址都是确定的，這個問題給程式的編寫帶來不小的問題。
是以，為了解決以上的三個問題，增加了中間層——虛拟位址，提供了一種間接通路實體記憶體的通路方法。
二、虛拟位址
為了解決上述的幾個問題，虛拟位址就出現了。為了隔離每個程式，每一個程式都有自己的位址空間、CPU(當然，隻是看起來是這樣)，每一個程式都可以不用管其他的程式，就像它占據了整個計算機。
1.位址空間
(1) 實體位址空間
實體位址空間是實實在在存在于計算機中的，它和位址空間的位址長度有關。如果計算機是32位的，即計算機的位址總線有32條，那麼實體空間就有4GB。4GB的實體空間中，隻有記憶體的512MB有效，其他的是外存部分。
(2) 虛拟位址空間
虛拟位址空間其實是人為想象出來的位址空間，這個位址空間的大小有CPU的位數(硬體的尋址空間大小)決定，32位CPU的虛拟位址空間大小為4GB，64位CPU的虛拟位址空間大小為17179869184GB(看起來很大了吧，可是以後或許還有更大的，因為在32位時人們就覺得“夠了”...)。
每一個程序都有自己的虛拟位址空間，這樣使得每一個程序都隻能通路自己的位址空間而互不影響。當程序在通路自己的虛拟位址空間時，實際上通路的是它映射在實體位址空間的那一部分。
具體的映射方式，就是記憶體分段、分頁管理中的内容了。
那麼，在32位的虛拟位址空間中，4GB的空間是否程式都可以使用呢？
2.虛拟位址空間的分布
其實，整個虛拟位址空間都是由作業系統來管理的，是以程序隻能使用那些作業系統配置設定給它的空間。同時，作業系統留有一部分給自己使用。
32位作業系統下虛拟位址空間的分布：
其中，核心中的ZONE_DMA如果進行了配置，則程式進入記憶體就不需要進入寄存器。