概述
在计算机中，存储器是一种非常重要的组成部分，它负责存储数据和指令。现代计算机使用虚拟地址来重定向数据，这样有许多好处。本文将介绍为什么要使用虚拟地址来存取数据。
什么是虚拟地址
虚拟地址是一种抽象的地址，它是指向存储器中的逻辑地址，而不是物理地址。虚拟地址由处理器生成，并通过页表转换为物理地址。这种方式使得每个进程可以拥有自己的地址空间。
为什么要使用虚拟地址
虚拟地址有许多好处，其中一些最重要的是：
地址空间隔离：虚拟地址允许每个进程都拥有自己的地址空间，因此一个进程无法访问另一个进程的地址空间，从而增强了系统的安全性。
共享内存：在需要共享内存的情况下，虚拟地址提供了一种便捷的方式。多个进程可以映射到同一物理页，这样它们就可以直接共享数据。
物理内存整合：在多道程序设计中，虚拟地址可以允许多个进程共享内存，这样可以更有效地使用物理内存。
内存保护：虚拟地址还允许系统对特定地址空间进行保护。例如，操作系统可以对某些地址空间设置只读或读写权限，从而保护系统的关键数据。
虚拟地址如何重定向数据
当CPU需要访问数据时，它生成一个虚拟地址。这个地址由页表翻译为物理地址，然后该数据被从物理地址所指定的内存中读取。如果该数据不在物理内存中，操作系统会将其从磁盘读取到物理内存中。这种方式被称为“分页机制”，因为整个地址空间被分成固定大小的页面，而物理内存被划分为相同大小的页帧。
分页机制是如何工作的
如前所述，虚拟地址被分成固定大小的页面，物理内存也被划分为相同大小的页帧。页表将虚拟地址映射到它所需要访问的物理地址。
地址空间划分：对于每个进程，操作系统将建立一个独立的页表，将地址空间划分为页面。
分页：每个进程的虚拟地址被分成固定大小的页面，页表将这些页面映射到物理地址。
页表查找：当CPU需要访问数据时，它将生成一个虚拟地址并将其提交给操作系统。操作系统会查找该虚拟地址的页表，将其转换为物理地址。
缺页中断：如果数据不在物理内存中，则会发生缺页中断。操作系统会从硬盘中将该页读取到物理内存中，然后更新页表。
虚拟地址使得每个进程可以拥有自己的地址空间，增强了系统的安全性。虚拟地址还允许多个进程共享内存，这样可以更有效地使用物理内存。在现代计算机中，虚拟地址重定向数据的分页机制成为了一种标准。页表将虚拟地址映射到物理地址，允许 CPU 访问数据并提供内存保护。
