本文详细探讨了虚拟地址与物理地址的关系，特别是MMU如何实现地址转换，以及在保护模式和长模式下的分页机制。介绍了分页模型如何提供内存空间隔离，以及操作系统如何通过MMU管理和隔离不同进程的地址空间。
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前言
我们都知道，CPU执行程序、处理数据都需要和内存打交道，这个打交道的方式那就是内存地址。本章则是探讨虚拟地址和物理地址之间的关系和转换机制，内存资源正是通过这些机制来管理。
一、虚拟地址与物理地址
1.1虚拟地址
虚拟地址，正如其名，这个地址是虚拟的，它只是逻辑上存在的一个数据值。
那么这个地址是谁产生的呢？那就是链接器。当开发软件经过编译步骤后，就需要链接成可执行文件才可以运行。而链接器的主要工作就是把多个代码模块组装在一起，并解决模块之间的引用，即处理程序代码间的地址引用，形成程序运行的静态内存空间视图。只不过这个地址是虚拟而统一的，而根据操作系统的不同，这个虚拟地址空间的定义也许不同，应用软件开发人员无需关心，由开发工具链给自动处理了。
虚拟内存实际上是存储器地址空间抽象的一种实现。从进程的角度看起来就好像自己独占了整个内存，链接器链接编译产物的时候只需要从0地址开始做变量和函数地址的替换，不需要关心自己是否会把其他进程的内存单元给污染。
1.2物理地址
物理地址，字面意思，这个地址是真实存在的，是内存中真正的地址。它在逻辑上只是一个数据，但这个数据可以被地址译码器等电子器件变成电子信号，这可以让地址总线查找到真正的存储单元。
1.3虚拟地址到物理地址的转换
明白了虚拟地址和物理地址后，我们发现如果想要程序正常执行，那就是必须要将虚拟地址转换成物理地址。
要实现转换，用软件方式太低效，用硬件方式没有灵活性，最终采用软硬件结合的方式实现，那就是MMU（内存管理单元）。MMU可以接受软件给出的地址对应关系数据，进行地址转换。
逻辑上的MMU工作原理框架图如下：
上图中展示了 MMU 通过地址关系转换表，将 0x80000~0x84000 的虚拟地址空间转换成 0x10000~0x14000 的物理地址空间，而地址关系转换表本身则是放物理内存中的。
如果是虚拟地址一一对应物理地址，那么物理地址就会很快用完。但如果采用虚拟段基址一一对应物理段基址，因为段长度各不相同，所以依然不可取。最终采取一个折中方案。即把虚拟地址空间和物理地址空间都分成同等大小的块，也称为页，按照虚拟页和物理页进行转换。根据软件配置不同，这个页的大小可以设置为 4KB、2MB、4MB、1GB，这样就进入了现代内存管理模式——分页模型。
分页模型框架如下图：
上图可看出，一个虚拟页可以对应到一个物理页，由于页大小一经配置就是固定的，所以在地址关系转换表中，只要存放虚拟页地址对应的物理页地址就行了。
二、MMU
2.1什么是MMU？
MMU即内存管理单元，是用硬件电路逻辑实现的一个地址转换器件，它负责接受虚拟地址和地址关系转换表，以及输出物理地址。
根据实现方式的不同，MMU 可以是独立的芯片，也可以是集成在其它芯片内部的，比如集成在 CPU 内部，x86、ARM 系列的 CPU 就是将 MMU 集成在 CPU 核心中的。
x86 CPU 要想开启 MMU，就必须先开启保护模式或者长模式，实模式下是不能开启 MMU 的。
由于保护模式的内存模型是分段模型，它并不适合于 MMU 的分页模型，所以我们要使用保护模式的平坦模式，这样就绕过了分段模型。
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