@tldr：
- 如果申请空间< 128K，则尝试上推 brk 指针，（这种管理空闲内存的方式是典型的“bump-point 和 free-list” 结合的方式，JVM管理 TLAB 的方式类似）当然也不一定每次都需要上推 brk 指针，还会在 free-list 里做 first-fit 查找空闲块
- 如果> 128K, 则直接在 mmap区（内存映射区）分配
深入理解malloc
void *ptr = malloc(N) 之后发生了什么?
从操作系统角度来看，进程分配内存有两种方式，分别由两个系统调用完成：brk 和 mmap（不考虑共享内存）。
1、do_brk() 系统调用通过调整堆中的 brk 指针大小来增加或者回收堆内存
2、mmap 是在进程的虚拟地址空间中（堆和栈中间，称为文件映射区域的地方）找一块空闲的虚拟内存。
内核中使用 start_brk 标识堆的起始位置，brk 标识堆当前的结束位置。当堆申请新的内存空间时，只需要将 brk 指针增加对应的大小，回收地址时减少对应的大小即可。 // 参考
struct mm_struct结构体的解析
这两种方式分配的都是虚拟内存，没有分配物理内存。在第一次访问已分配的虚拟地址空间的时候，发生缺页中断，操作系统负责分配物理内存，然后建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系。
▷ 情况 1：malloc 小于128k 的内存，会调用 do_brk() 进行分配内存，将 brk 指针往高地址推，给进程分配了 N bytes 的线性地址区域(VM) ，此时系统并没有随即分配物理内存, 进程也没有占用 N bytes 的物理内存. // 这也表明了, 你时常在使用 top 的时候 VIRT 值增大, 而 RES 值却不变的原因.
但是 do_brk() 也不一定每次都上推 brk 指针，如果在 start_brk - brk 地址之间有未使用的内存块（这些内存块可能是被 free 过了，但是页框没有被回收，参考 free），会优先使用这部分内存块；
当第一次通过指针使用此内存页, 在 RAM 中找不到与之相对应的 页框（page frame，也即物理内存）. 发生 缺页异常, 系统灵敏地捕获这一异常, 进入缺页异常处理阶段：接下来, 系统会分配一个页框映射给它, 我们把这种情况(被访问的页还没有被放在任何一个页框中, 内核分配一新的页框并适当初始化来满足调用请求) 称为 Demand Paging.
页框：对应4K大小的物理页，详见 [[../21.Operating-System/01.RAM.1.内存寻址]] 「页帧」
过了很长一段时间, 通过 *ptr 再次引用内存第一页. 若系统在 RAM 找不到它映射的页框(可能交换至磁盘了). 也会发生缺页异常, 进入缺页异常处理：系统会分配页框(page frame), 找到备份在磁盘的那“页”, 并将它换入内存(其实因为换入操作比较昂贵, 所以预换入多页. 这也表明某些文档说：”vmstat 某时出现不少 si 并不能意味着物理内存不足”).
通过指针使用到了 N bytes 的第二页. 参见第一次访问 N bytes 第一页, “Demand Paging”
凡是类似这种会迫使进程去睡眠(很可能是由于当前磁盘数据填充至页框所花的时间), 阻塞当前进程的缺页异常处理称为主缺页(major falut), 也称为 大缺页. 相反, 不会阻塞进程的缺页, 称为次缺页(minor fault).
▷ 情况 2：malloc 函数分配内存大于128K（可由 M_MMAP_THRESHOLD 选项调节），那就不是去推 brk 指针了，而是利用 mmap 系统调用，从堆和栈的中间分配一块虚拟内存（也即内存映射区）。内存映射区即 Mapping Area : [[../21.Operating-System/APUE.03b.进程的虚拟内存管理]]
▷ free 的过程：
- 如果是在内存映射区分配的内存（大于 128K），指针对应的虚拟内存和物理内存一起释放；
如果是在堆区分配的内存（小于 128K），这时情况会变得不同，如果用
malloc依次申请了 a、b、c 三块内存（这时候 brk 指针指向的是 c 的末端），如果free(b)，这时候 b 的虚拟内存和物理内存都没有被释放，因为 c 内存块还在使用中所以无法直接移动 brk 指针，这样就产生了内存碎片。如果这时又新 malloc 了一块内存，b 还可以重复使用，如果 b 比这次 malloc 分配的区域小，那么原来 b 区域要分裂为两块，此时还是有碎片。
在 free 的时候，发现最大地址空闲内存超过128K（可由 M_TRIM_THRESHOLD 选项调节），执行内存紧缩操作（trim）
因为 Heap 区都是小于128k 的细碎内存块, 上面的链表可以防止反复申请/释放带来的内存碎片, 但 mmap 对应的区域都是大块(大于128K)的内存, 所以不用采用上面的机制.
▷ 主缺页异常处理过程示意图,参见 Handling Page Fault, 当系统进入缺页异常流程后（do_page_fault），最终会调用 alloc_pages 申请真正的物理内存页 @link 伙伴系统
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