由于操作系统本身也是一组程序所以我们应当首先把“程序”明确地区分为“操作系统程序”与运行其上的“应用程序”两类。
应用程序使用虚拟地址是操作系统的要求在有这种要求的操作系统中，物理内存的使用由操作系统去调度操作系统把物理内存按一定策略、规则映射给上层的应用程序。
操莋系统中负责内存管理的那部分程序是要直接与物理内存打交道的它们使用的是物理地址而不是虚拟地址。
个人粗浅理解特别希望 @刘賀 能进来指教一二。
问题第二部分参见 @刘贺 的回答。不过问题中“系统的长度”这个表述令人很是困惑是“地址空间”的长度？还是“地址寄存器”的长度
查了一些资料，也重新整理了一下自己的有关知识试补充如下：
CPU只与物理内存打交道。CPU能访问物理内存的大小取决于CPU芯片提供的地址总线引脚的数量每个引脚对应物理内存地址的一个二进制位，所以物理内存的可寻址空间最大值就是每个引脚电岼值全为1的那个数最小值就是全0的那个数也就是0。intel 8086 CPU地址总线20个引脚所能访问的最大物理内存数量就是2的20次方=MiB字节，地址范围是0到1048575（十進制）
由于“虚拟内存”技术的出现，操作系统可以把内存的一部分暂时“交换”到外存储器（比如硬盘）上因此对应用程序来说，其可使用的内存可以远大于物理内存的大小理论上只受限于外存储器的大小
其实，如果你只做应用层而不做系统底层的编程一般来说沒必要太纠结这些底层实现的细节。