操作系统不仅会将CPU虚拟化还会将内存虚拟化，使得进程接触到的内存地址都是逻辑地址并不能直接访问到物理地址，这样做使得进程对内存的访问是变得易于使用、可控和安全的。

一、什么是虚拟内存

虚拟内存就是操作系统对于内存管理的一种方式，是对程序的一种“欺骗”使得程序以为自己拥有一块很大且连续的空间，虚拟内存系统将虚拟地址也就是逻辑地址通过专门的硬件，得到每一个虚拟内存的索引最后转换为物理地址。这整个过程需要大量的机制和一些策略来实现的。

二、为什么要虚拟化内存

早期的计算机系统中没有对内存的虚拟化就导致和一系列的麻烦出现。

早期由于机器昂贵为了有效地使用机器人就出现了多道程序、和分分时复用，有一种实现分时复用的方法就是使得这个程序自己独占整个内存当他运行到一段时间之后停止他的时候就将他的状态信息都保存在磁盘上，再从磁盘中加载下一个运行的程序虽然保存和恢复寄存器级的状态信息相对于其他会较快，但是全部保存到磁盘就太慢了所以在进程切换的时候将进程信息放置在内存会更加有效率。但是这又会带来另一个问题。

内存总共有256Mb操作系统需要64Mb 程序A要11Mb程序B要125Mb如果它就按照这个顺序来加载到内存的话就会导致进程的地址空间不是隔离的由于他们是可以直接访问内存如果某一个程序出现错误修改了其他进程的数据导致其他程序出现异常，或者是某些恶意软件就可以随意修改其他程序的数据这都是不好的。

其次就是内存的管理也会很麻烦就例如如果这时候再来一个程序C要使用60Mb这个内存应该怎么分配这就不太好弄了这会导致程序运行时的地址不确定

如果这么使用内存的话还会导致内存的使用效率低的问题。

所以虚拟内存通过硬件和机制来解决这些问题。

三、虚拟内存系统管理过程

最开始由操作系统内核为程序分配虚拟内存，在程序编译的时候会为一些变量分配地址例如全局变量，这时候得到的就是逻辑地址。之后将程序加载到内存中运行时CPU处理就会将拿着这个虚拟地址去寻找，这时候就需要地址转换了如果是分页式的话通过页表或者快速地址转换（TLB）得到页编号最后得到地址，如果发现对应的页表中的地址没有加载到内存中就会通过页面置换算法将别的页面重写到磁盘中或者是直接覆盖，如果在内存就通过得到的地址直接访问。