虚拟空间，也称虚拟地址空间，是指操作系统提供给每个进程的一种抽象的地址空间，它是一个连续的、虚拟的地址空间，包含了所有进程的虚拟地址。虚拟地址空间是由操作系统分配给每个进程的，它通常比物理内存大得多。当进程需要访问虚拟地址空间中的某个地址时，操作系统会将虚拟地址映射到物理内存上的一个地址，这个地址是实际的物理地址，然后进程就可以访问这个地址了。虚拟地址空间的作用在于，它可以让每个进程拥有自己的地址空间，这样每个进程就可以独立地运行，互不干扰，而且进程之间访问同一个地址时，由于每个进程都有自己的虚拟地址空间，所以它们访问的实际上是不同的物理地址。这样就可以实现进程之间的隔离和保护，同时也可以节省物理内存的使用。
虚拟地址空间的大小由操作系统决定，32位的操作系统虚拟地址空间的大小为 2^32 字节，也就是 4G，64 系统的操作系统虚拟地址空间大小为 2^64 字节，这是一个非常大的数。虚拟地址空间中用户区地址范围是 0~3G，里面分为多个区块。保留区位于虚拟地址空间的最底部，未赋予物理地址，任何对它的引用都是非法的，程序中的空指针（NULL）指向的就是这块内存地址。代码段也称正文段或文本段，通常用于存放程序的执行代码 (即 CPU 执行的机器指令)，代码段一般情况下是只读的，这是对执行代码的一种保护机制。数据段通常用于存放程序中已初始化且初值不为 0 的全局变量和静态变量。数据段属于静态内存分配 (静态存储区)，可读可写。
虚拟内存是在物理内存不够用时把一部分硬盘空间作为内存来使用，这部分硬盘空间就叫作虚拟内存。虚拟内存的作用在于，它可以将一部分不常用的数据或程序代码暂时存储到硬盘上，从而释放出物理内存，使得物理内存可以更好地为当前正在运行的程序服务，从而提高计算机的性能。虚拟内存的缺点在于，硬盘传输的速度要比内存传输速度慢得多，所以虚拟内存比物理内存的效率要慢得多。而且，断电后数据会丢失。
在操作系统中，当进程需要访问虚拟地址空间中的某个地址时，操作系统会将虚拟地址映射到物理内存上的一个地址，这个地址是实际的物理地址。CPU在访问虚拟地址空间中的地址时，需要将虚拟地址转换成物理地址。这个过程是由操作系统中的内存管理单元(MMU)来完成的。MMU会将虚拟地址分成两个部分：页号和页内偏移。页号用来查
