現代操作系統中普遍採用虛擬內存管理，該部分即讓軟件運行在“虛地址”上，與真正訪問存儲的“實地址”（物理地址）相隔離。
1. 存儲管理
存儲管理構建虛擬的內存地址，通過MMU（存儲管理單元）將虛擬地址轉換爲物理地址，從而達到隱藏和保護存儲器特定頁內容，爲程序分配連續的存儲空間，擴展地址空間，通過合理映射節約物理內存的作用；且各進程不必擔心自己使用的地址範圍會不會和別的進程衝突，比如兩個進程都使用了虛擬地址0x0800，操作系統可以設置MMU的映射項把它們映射到不同的物理地址，它們通過同樣的虛擬地址訪問不同的物理頁面，就不會衝突了
- 頁式存儲管理
操作系統將內存空間分爲若干個固定大小的頁，並維護虛擬頁地址和物理頁地址的映射關係（即頁表）。虛擬內存地址可表示爲虛擬頁地址和頁內偏移兩部分，通過通過查表，即可得到相應物理內存地址。
在32位系統中，若採用4KB頁時，單個完整頁表需要1M項，對每個進程維護頁表需要相當可觀的空間代價，因此頁表只能存儲於內存中。
- PTE和頁表
PTE由頁表中的頁和一些有效位組成，也就是說一張張PTE的頁組成了頁表。
頁是一系列地址的集合，頁表是整個虛擬存儲器的地址集合。
- MMU
所有數據請求都需經過MMU來決定存放在RAM內還是大容量存儲器內。同時MMU可以控制存儲器存取允許，MMU關閉時，虛地址直接輸出到物理地址總線。內部包含虛實地址轉換單元和從虛實地址的匹配表（即TLB）。
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TLB
轉換旁置緩衝區。若每次進行地址轉換時都要先到內存中查詢頁表，會對CPU性能產生影響，此時可採用TLB實現快速的虛實地址轉換。
TLB也稱爲頁表緩存或快表，藉助局部性原理，存儲當前處理器中最經常訪問的頁表，相當於頁表的Cache。
存儲的內容包括虛擬地址，物理地址和保護位
2. 虛地址轉換方法
可根據地址段屬性不同分爲查錶轉換和直接轉換
- 查錶轉換
應用程序使用的主要方式，CPU在訪存指令時，根據操作系統給出的映射表來完成虛地址到物理地址的轉換
轉換過程爲：
處理器用地址空間標識符（ASID）和虛擬頁號（VPN）在TLB中進行查找匹配；
若命中，則讀出其中的物理幀號（PFN）和標誌位（Flag），PFN用於和頁內偏移組成物理地址，標誌位用於判斷該訪問是否合法，即是否可讀，可寫，可執行，若非法則發出非法訪問異常。
若未命中，則產生TLB缺失異常，此時需要將頁表中內容從內存中取出並填入TLB中，即爲TLB充填（硬件或軟件皆可實現）
- 直接映射
該方式與直接使用物理地址差別不大，用戶態應用程序無法使用直接映射方式