现在有一台计算机，它的CPU 是X86，CPU有如下功能：
1. CPU可以从内存中读取汇编指令并执行
2. CPU可以根据提供给它的内存地址，去地址指向的内存空间取得在那里的指令执行
内存地址：
内存，正如它名字所言，是存储器，用来存储数据和指令；为了方便CPU找到特定的数据或者指令，内存被按字节标注了地址。为了方便理解，我们可以将内存想象为一个宾馆，每个房间都有一个门牌号码，根据这个门牌号码就可以很容易地找到对应的房间。
我们知道，没有软件的计算机就是一堆废铁，为了让计算机对我们有用，我们需要在其上运行软件。我们已经知道CPU的功能（或者说限制），怎么才能让这个计算机运行软件呢？
我们首先需要做的就是将应用程序从磁盘中拿出放在内存中，我们把这个过程称为“加载”。那怎么放呢？我们知道一个应用程序包含很多数据和指令，在内存中怎么安排它们呢？
容易想到的最简单的方式就是，从内存首地址开始，逐个地安排应用程序的指令和数据。打个比方，我们将应用程序看做一个旅行团，其中的指令和数据就是团员。当第一个旅行团到达的时候，我们从 1号房间开始，将旅行团成员逐个安排到相应的房间；在前一个旅行团离开之前，宾馆不再接待其他旅行团，直到这个旅行团离开，才可以接待下一个旅行团。
这正是早期操作系统的实现方式。
我们很容易就可以看出这种方式的弊端：
1. 浪费资源。明明宾馆（内存）还有很多空房间，却不能接待更多旅行团。
2. 浪费服务能力。不管旅行团成员是1个还是100个，都是这么多服务人员（CPU）。
为了避免这些浪费，更好地利用资源和服务能力。产生了多任务操作系统，可以同时运行多个任务，相当于宾馆现在可以同时接待多个旅行团了。
现在又遇到新的问题：如何有效地安排多个旅行团的住宿？
假设，我们的宾馆有128个房间，旅行团A有10个团员，旅行团B有100个成员，旅行团C有20个成员，按照先后顺寻，旅行团A到达后，将1到10号房间分配给它；旅行团B到达后，就将11到110号房间分配给它；现在剩下18个空房间了。这时如果旅行团C到达了，房间就不够住了，怎么办呢？只能先将其他的旅行团赶出去。我们看到如果将旅行团A赶出去，会空出10个房间，加上原来空余的18个房间，足够容纳旅行团C，但是，旅行团C提出抗议：我们要住在相邻的房间，不能把我们分开！（程序运行所需的空间是连续的）这样，赶出旅行团A的方案不可行，只能将旅行团B赶出，将如此庞大的一个旅行团赶出，必然会遇到很大的困难，需要做的工作也很多，这是第一个问题。
第二个问题是，同时接待多个旅行团，免不了会遇到一些旅行团行为不端，会溜到别的旅行团房间窃取财物（恶意程序访问其他程序的内存数据），或者有些成员不小心走错房间，误入其他旅行团的房间，引起一些不必要的麻烦（bug导出访问其他程序的内存地址）。
第三个问题，旅行团成员之间会有很多的交流，如果同一个旅行团多次住宿同一个宾馆，但所住的房间每次都不一样，在交流的时候就需要每次都重新查找每个成员的房间号，比较麻烦。
怎么解决这些问题呢？
作为服务的提供者，宾馆的经营者，我们一定要想客户所想，急客户所急，我们要设身处地地想一下，如果我们自己是一个旅行团，我们期望的宾馆是什么样的？
如果每次来住的时候，整个宾馆只住我一个旅行团该多好啊。不用担心其他恶意的旅行团窃取财物；不用担心不小心走错房间误入我们房间的其他旅行团成员；每次都能住进同一个房间，团员交流的时候不必要重新查找每个成员的房间号
当然，在满足客户需求的前提下，怎么能最大程度地利用我的宾馆资源，也是我们很关心的问题，比如说，旅行团C来了后，能不能不用将B全部赶出去？
怎么办？我们来一起解决这些问题。
如何防止恶意旅行团或者不小心走错房间的其他旅行团？
能不能将每个旅行团隔离开？比如说，旅行团A安排在一层；旅行团B安排在2层；层与层之间没有通道相连。这样任何一个旅行团都没有机会接触到其他旅行团。
那么针对内存怎么实现这样的隔离呢？
我们可以设置一个联络人，然后规定任何人要联系其他人，都必须经过联络人。比如说，张三要联系1003房间的李四，就告诉联络人，联络人根据张三给的地址去把李四找来。
现代的CPU就是这样设置了一个联络人(MMU – Memory Management Unit)，它是CPU的一个内置硬件单元，因此，任何应用程序都无法绕过这个联络人，直接与特定地址的内存单元联系。
因为有了这个联络人，实际上，李四不必非得在1003房间了，比如根据实际情况，我们可能将李四安排在2002房间，只要联络人当其他人要找1003房间的时候，实际需要去2002房间找到李四就行了。这样，联络人可以建立一个通讯录：
|
对外公布的房间号 |
实际房间号 |
姓名 |
|
1003 |
2002 |
李四 |
|
1004 |
2013 |
王五 |
|
1005 |
3121 |
赵六 |
这样一来，旅行团可以给每个成员编一个固定的号码，任何时候，都可以通过这个固定的号码找到他，而不管他每次住在哪个房间。
同时，联络人只负责联系本团成员，任何时候，你给联络人的地址，联络人都会认为是本团成员的地址，也只会在本团成员中找，而不会找到别的旅行团房间去。
同样，因为有了联络人，旅行团不必在意宾馆到底有多少房间，只要按照自己的需要给每个成员一个编号就可以了。比如，宾馆可能有100个房间，但旅行团成员可能有150人，我们依然可以给150人每人一个编号，而不用管宾馆到底有多少房间（当然，实际住宿的时候会有些麻烦，但不影响编号）。这样，我们就有了一个计算机中很重要的概念：虚拟地址空间。简单地理解，虚拟地址空间就是旅行团所能容纳的成员数。相当于，我们组织一个旅行团的时候，宣布这个旅行团可以带1000个成员，然后我们就创建了1000个编号。实际上可能大部分编号都没用，但只是一个编号也没什么浪费。在这个范围内，领队可以给每个成员一个编号，也可以通过编号找到每个成员并与之联系。相应的，我们说32位CPU能支持的最大虚拟地址空间是4G，就是说，CPU最多可以找到4G的地址，并操作这些地址所标识的内容。
这样，我们就算解决了应用程序，或者说旅行团，之间的隔离问题。
接下来的问题是，如何在满足客户的前提下，最大化宾馆经营方的利益，即资源(CPU，内存)利用率最大化。
我们前面提到，旅行团C的到来，导致B，最大的旅行团，不得不被暂时赶出去，尽管C只有20人，却导致了一个100人团队的重新安置，怎么能避免这种浪费呢？
我们能不能跟旅行团商量一下，让他们不要一次性都住进来呢？比如，旅行团B来的时候，我们只安排其中10人，或者20人先入住，其他人视情况再做安排，这样，C来的时候，可能需要重新安置的就只有20人，而不是100人了。我们跟各个旅行团商量后，惊喜地发现，旅行团的成员没必要一次性都住进来(同样，一个应用程序没必要一次性都加载进内存)，因为旅行团的成员不是同时活动，因此，我们可以只安排活动的那部分成员入住，当其他成员需要活动时，可能以前活动的部分已经不再活动了，就可以把以前入住的成员先挪出去，让后来的成员入住。同时，我们发现，往往是编号靠近的成员一起活动（程序的局部性），比如1-10号成员一起活动，11-20号成员一起活动，这样，我们就按照每10个成员一组来分组安排住宿，下一组成员需要的时候，就把上一组成员整体挪出去重新安置。
这种机制在计算机的内存管理中称为“分页”。在Intel CPU中将每页划分为 4K或者4M，而32位的CPU可以管理4G的地址空间，按照4K每页的话，即1048576页。
现在我们会问，CPU是怎么知道该安排哪个组住进来呢？我们引入一个新的概念—页错误。虽然，每个组内部的联系会更紧密一些，但组之间也不是完全没有联系，当前一个组要联系后一个组的时候，可能后一个组还没有被安排住进宾馆，这个时候，CPU就会报告找不到这个组，我们把这种情况称为页错误。操作系统得知发生页错误后，就从磁盘上找到相应的页，并把它读出来，放入内存。
映射。
因为不必考虑宾馆的实际房间号，我们给每个旅行团的成员编号都可以从1号开始。但1号成员，或者说第一页（第一组）的实际房间号都是多少，是入住后才能知道的，一旦入住，就唯一确定了每个成员编号与真实房间号的对应关系，这称为虚拟地址空间到物理地址空间的映射。除了这个映射，还有一个是从磁盘到虚拟地址空间的映射。我们可以将处于磁盘上的应用程序看做尚未组团出发的旅行团，这个时候，每个成员还没有被旅行团编号，但是每个成员都有自己的身份证号码，一旦组团出发(应用程序启动)，就回给每个成员一个旅行团自己的编号，这个编号跟身份证号码也可以一一对应起来，这样就构成了从磁盘到虚拟地址空间的映射。
以上的整个过程就是应用程序的加载过程。我们下面总结一下：
1. 创建一个独立的虚拟地址空间
创建1000个编号，并将编号与宾馆房间号对应起来
2. 建立虚拟地址空间和可执行文件的映射
将编号和身份证号码对应起来
运行
应用程序加载到内存后，就可以运行了。操作系统此时知道这个的入口函数所在的内存地址，就将指令寄存器（有的也叫程序计数器）的值设置为这个内存地址。CPU读取这个寄存器的值，从中取得这个地址，然后通过这个地址找到入口函数对应的汇编指令，执行。CPU在取指令的同时，会将这个指令的下一条指令的地址放在指令寄存器(EIP)中，执行完当前指令后，CPU就会再次从EIP中得到下一条指令，如此往复，知道程序结束运行。
打个比方，旅行团的活动必须由领队发起，因此，活动运营方必须知道领队的房间号码，于是一开始，就将领队的房间号码由一个调度人员(EIP)保存，在通知领队活动的同时，活动运营方告知下一个团员准备活动（将其房间号码告知调度人员），这个调度人员每次只保存下一个活动人员的房间号。
这就是一个应用程序的运行过程。
参考：
程序员的自我修养—链接、装载和库
深入理解计算机系统