引言
通過頁表完成虛擬地址和物理地址的映射時，要經過多次轉換，還要進行計算，如果由操作系統來完成這項工作，那將會成倍降低程序的性能，得不償失，所以這種方式是不現實的。
MMU
在CPU內部，有一個部件叫做MMU（Memory Management Unit，內存管理單元），由它來負責將虛擬地址映射為物理地址，如下圖所示：
在頁映射模式下，CPU 發出的是虛擬地址，也就是我們在程序中看到的地址，這個地址會先交給 MMU，經過 MMU 轉換以后才能變成了物理地址。
MMU緩存
即便是這樣，MMU也要訪問好幾次內存，性能依然堪憂，所以在MMU內部又增加了一個緩存，專門用來存儲頁目錄和頁表。MMU內部的緩存有限，當頁表過大時，也只能將部分常用頁表加載到緩存，但這已經足夠了，因為經過算法的巧妙設計，可以將緩存的命中率提高到 90%，剩下的10%的情況無法命中，再去物理內存中加載頁表。
有了硬件的直接支持，使用虛擬地址和使用物理地址相比，損失的性能已經很小，在可接受的范圍內。
MMU 只是通過頁表來完成虛擬地址到物理地址的映射，但不會構建頁表，構建頁表是操作系統的任務。在程序加載到內存以及程序運行過程中，操作系統會不斷更新程序對應的頁表，並將頁目錄的物理地址保存到 CR3 寄存器。MMU 向緩存中加載頁表時，會根據 CR3 寄存器找到頁目錄，再找到頁表，最終通過軟件和硬件的結合來完成內存映射。
CR3 是CPU內部的一個寄存器，專門用來保存頁目錄的物理地址。
每個程序在運行時都有自己的一套頁表，切換程序時，只要改變 CR3 寄存器的值就能夠切換到對應的頁表。
對內存權限的控制
MMU 除了能夠完成虛擬地址到物理地址的映射，還能夠對內存權限進行控制。上節《分頁機制究竟是如何實現的？》講到，在頁表數組中，每個元素占用4個字節，也即32位，我們使用高20位來表示物理頁編號，還剩下低12位，這12位就用來對內存進行控制，例如，是映射到物理內存還是映射到磁盤，程序有沒有訪問權限，當前頁面有沒有執行權限等。
程序控制地址
操作系統在構建頁表時將內存權限定義好，當MMU對虛擬地址進行映射時，首先檢查低12位，看當前程序是否有權限使用，如果有，就完成映射，如果沒有，就產生一個異常，並交給操作系統處理。操作系統在處理這種內存錯誤時一般比較粗暴，會直接終止程序的執行。
請看下面的代碼：
#include <stdio.h>
int main() {
char *str = (char*)0XFFF00000; //使用數值表示一個明確的地址
printf("%s\n", str);
return 0;
}
這段代碼不會產生編譯和鏈接錯誤，但在運行程序時，為了輸出字符串，printf() 需要訪問虛擬地址為 0XFFFF00000 的內存，但是該虛擬地址是被操作系統占用的（下節會講解），程序沒有權限訪問，會被強制關閉，如下圖所示：
而在Linux下，會產生段錯誤（Segment Fault），相信大家在編程過程中會經常見到這種經典的內存錯誤。