眾所周知，在現代計算機系統中都使用了虛擬地址。在一個程式的執行那個過程中，由CPU產生虛擬地址，該虛擬地址經過MMU轉換成實體地址，然後使用該實體地址去訪問記憶體。那麼虛擬地址存在的原因是什麼呢？為何不能由CPU直接產生實體地址呢？

第一，使用虛擬地址可以更加高效的使用實體記憶體。在計算機系統中實體記憶體是有限的，對於一般的計算機來說，實體記憶體一般為4G或者8G. 對於現代多工的通用系統來說這顯然是不夠的。試想假如我們需要看一個4G大小以上的視訊，這時實體記憶體就不夠了。在存在虛擬地址的情況下，可以為每個程式分配足夠大小的虛擬地址空間，但是這些地址空間在一開是並沒有真正的對應實體地址，而是在真正使用的時候才去對應。這樣在訪問後邊的地址空間的時候就可以將前邊當前沒有在訪問的物理頁釋放掉，或者交換到硬碟中。這樣這個物理頁又可以去對應新的虛擬地址。從而使實體記憶體可以充分的利用。

第二，使用虛擬地址可以使記憶體的管理更加便捷。在程式編譯的時候就會生成虛擬地址，對於不同的機器或者對於同一臺機器的不同時間，該虛擬地址可以對應不同的物理頁。試想，如果沒有虛擬地址，那麼編譯時產生的實體地址在某些機器上可能已經被佔用而不能訪問。從而導致程式需要重新編譯。

第三，為了安全性的考慮。在使用虛擬地址的時候，暴露給程式設計師永遠都是虛擬地址，而具體的實體地址在哪裡，這個只有系統才瞭解。這樣就提高了系統的封裝性。

使用了虛擬地址，那麼下一個問題來了，如何將虛擬地址轉換成實體地址。在現代計算系統中提供了一個MMU單元，可以將虛擬地址轉換成實體地址。具體的轉換方式是使用了分頁機制。及通過虛擬地址索引頁表，通過頁表獲取真實的實體地址。

但是這樣有導致了另外一個問題，在32的系統中，系統分配給每個程序的虛擬地址為4G，對於每個虛擬地址頁建立一個記錄，這樣也需要4G/4k個，假設每條記錄大小為4B，這樣對於每個程序需要4M的頁表，對於一個helloworld程式而言，不足4K的程式需要4M的頁表，未免有些浪費。

為了解決這個問題，設計了多級頁表機制。

使用多級頁表機制，對於第一級的頁表如圖所示只需4K的空間，用於索引二級頁表的地址。還是以helloworld程式碼為例，可能只需要一個物理頁，因此只需要一條記錄，故對於第二級的頁表也只需要一個頁表，對於一級頁表中的其他記錄可以對應為空。這樣只需要8k的空間就可以完成頁面的對映。大大節省了頁表所佔的空間。