虚拟地址、线性地址、物理地址之间是若何转换的？

8086是16位CPU，有20根地址线，可以寻址1M。
1M内存可视作多个64K内存段，通过指定64K段地址与段内偏移可标识一个内存地址。
这种设计便是分段模式。

1M内存须要20根地址线寻址，须要两个16位寄存器。
采取如下办法：

逻辑地址 = 段地址:偏移地址物理地址 = 段地址 << 4 + 偏移地址

把稳不是左移16位。
如果左移16位，1M内存被均分为互不重叠、首尾相接的16个64K内存段。
而左移4位，任意16字节对齐的地址均可作为段首地址，有64K个段地址。
这样，16位段寄存器可取任意值，寻址非常灵巧，同一个物理地址比如00034h，其逻辑地址可为：

0003:0004

0002:0014

0001:0024

0000:0034

这种设计给新程序造成很大的不便，那些一次须要大于64K的程序不得不该用64K的段，通过切换进入和离开段寄存器的值来实现这些内存块之间的切换。

80386涌现了保护模式与分页机制，地址总线与通用寄存器长度达到了32位，可寻址4G内存，彷佛不再须要分段。
为了兼容性，分段模式保留了下来，段寄存器用于指定段描述符。
保护模式下的段由段描述符来描述，里面包含了很多属性，如：段起始地址、长度、是否可读、是否可写、是否可实行、是否驻在内存等。

分段与分页机制在很大程度上功能重叠，且分页机制更为前辈。
分段机制是CPU固有功能，无法关闭，因此，很多操作系统选择忽略分段模式，这便是平坦内存模型：将段地址固定为0，段长度为4G，偏移地址可指向任意地址。

与分段机制不同，分页机制可以开启和关闭。
若关闭，由段地址+偏移地址所得便是物理地址。
若开启，由段地址+偏移地址所得叫线性地址，由于呈现给进程的是0-4G的空间，就算内存只有512M，或有内存漏洞（一些设备或BIOS霸占了部分内存空间），进程依然可以利用0-4G的线性地址空间。
线性地址也叫虚拟地址，由于线性地址是不存在的，毕竟当只有512M内存时，依旧可以寻址4G的内存。

线性地址被运送到页部件，页部件会输出一个物理内存上的真实地址，也便是物理地址。
所谓分页机制便是将线性地址空间的4G内存划分为固定大小的虚拟页（如：4K），同时也将物理内存（例如：512M）划分为4K大小的物理页，同时创建一些表格记录虚拟页与物理页的对应关系（举个例子：访问A虚拟页中内存实际是访问B物理页中内存），这些表格叫做页表。
页部件通过查询页表将线性地址翻译为物理地址。

页表由操作系统创建并掩护，然后交给页部件。
操作系统为每一个进程掩护一份页表，进程切换时，同时为页部件切换页表。
页表内容是动态的，由于进程一直打开关闭、实行不同区域代码、利用交流分区等。

举个例子，变量a的地址为逻辑地址A，经由分段机制转换为线性地址B，经由页部件变为物理地址C。

页表除了记录虚拟页与物理页的对应关系外，还记录了一些页属性，如：是否可读、是否可写、是否可实行、是否驻在内存等。
当虚拟页对应的物理页不在内存时，会触发中断，操作系统会为该虚拟页分配物理页，并在页表中建立对应关系。
当虚拟页短韶光内不会被访问时，其对应的物理页会被挪作他用。

由于每个进程有一份页表，理论上页表所占空间很大，但是CPU和操作系统利用多级页表技能大大降落了页表所占空间。

我写了一个小项目桃花源（英文名为 peach），该项目是一个迷你虚拟机，用于学习 Intel 硬件虚拟化技能。
学习该项目可使读者对 CPU 虚拟化、内存虚拟化技能有个感性、直不雅观的认识，为学习 KVM 打下坚实的根本。
peach 实现了如下功能：

利用Intel VT-x技能实现CPU虚拟化利用EPT技能实现内存虚拟化支持虚拟x86实模式运行环境支持虚拟CPUID指令支持虚拟HLT指令，Guest利用HLT指令关机

代码仓库如下：

https://gitee.com/pandengyang/peach.githttps://github.com/pandengyang/peach.git