背景
最近在深入学习操作系统，以32位的Linux操作系统为例，使用Bochs这个x86模拟器时，创建了32MB的物理内存，因为地址总线是32位，所以能访问4GB的内存空间。为什么不创建一个32GB的物理内存呢？这样在做地址映射的时候就能让虚拟地址和物理地址一一对应了。为什么虚拟地址空间要比物理地址空间大呢？这样不会导致多个相同的虚拟地址映射到同一个物理地址上吗？通过查阅多种资料，终于揭开了虚拟地址奥秘！
提出问题
1.虚拟地址空间有多大？
2.虚拟地址是如何和物理地址建立映射关系的？
3.虚拟地址是如何做到地址隔离的？
为什么需要虚拟地址
8086之前 —> 8086—> 80286—>80386—>IA32
计算机的发展是一个不断向上兼容的过程，在8086计算机之前，运行程序使用的都是实际的物理地址，用户指哪打哪，但是这种计算机运行效率是十分低下的，即使内存足够多个进程同时运行，只要有两个进程的编址发生冲突，那么就无法运行。
为了解决编址冲突的问题，提出程序重定位，“分段访问”机制由此而来，这就是著名的8086计算机，但是尽管8086计算机使用了重定位解决了地址冲突问题，但是地址仍然是物理地址，地址总线是20位，只能访问1MB内存空间；寄存器是16位的，当使用寄存器访存的时候，还需要对其进行右移4位才能访问到1MB地址空间。
8086计算机
虚拟地址到底有多大
以32位的Linux操作系统为例，虚拟地址空间和物理地址空间都不会超过4GB，这是因为地址总线只有32位，CPU能访问到的最大地址空间是0xffffffff，当超过32GB时，地址总线也无法访问到了，所以超过地址总线能访问到的最大的物理内存是没有意义的。
物理地址空间可以小于4GB，因为我们还有硬盘这个大存储，当内存不够用时可以将不常用的内存换出到硬盘中。但是虚拟地址空间大小是地址总线能够访问到的最大地址，也就是4GB。
虚拟地址如何和物理地址建立映射
在前面一个博文中我说到，操作系统中存在两个全局变量，分别是内核物理内存池和用户物理内存池，使用bitmap一串二进制格式的数据结构跟踪物理页的分配情况，物理内存池中的地址均是实际的物理地址，它是不需要通过地址转换直接送上地址总线去访存的。
操作系统为每一个进程都分配了一个虚拟地址池，包括操作系统进程和用户进程。所以虚拟地址池不是全局变量了，它是每个进程的私有数据结构。
