malloc 底层：brk vs mmap
一句话：你调
malloc(100)申请 100 字节——glibc 不会傻到每次都找内核要。它自己先管着一片内存池，小块的从池里划，大块（>128KB）才找内核单独要。划的方式有两种：brk（推堆顶）和 mmap（独立开辟）。
一、进程的内存长啥样？
你的程序跑起来之后，它在内存里的布局是这样的：graph TD A[代码段 .text] --> B[数据段 .data] B --> C[堆 Heap<br/>malloc在这拿内存] C --> D[共享库 printf等] D --> E[栈 Stack<br/>局部变量] E --> F[内核空间]
好了，你现在知道——堆（Heap）就是你 malloc 拿内存的地方。
堆的顶端叫 program break（程序断点）。
堆的大小 = 当前 program break 的位置 - 堆的起始位置。
类比：堆就像一个可以拉长的大抽屉。
你拉出多长（program break 推多高），你就有多少空间。二、glibc 到底怎么从内核拿内存？
两种方法：brk 和 mmap。是重点内容。brk——推堆顶
graph TD A[代码段] --> B[数据段] B --> C[堆已分配区] C --> D[堆空闲区] D --> E[堆顶] E --> F[未映射内存]
brk 怎么工作的：
堆的顶端有个指针叫 program break。
你需要内存时，把这个指针往上推——推出来的空间就是新的内存。
不需要时，把指针降下来——还给进程。
⚠️ 注意：brk 也是系统调用，也要切内核态。
但它比 mmap 轻量——它只是在已有的虚拟内存区域（VMA）上调整边界，
不像 mmap 要创建一个全新的 VMA。
类比：brk = 把围墙往外挪一挪。mmap = 在旁边另盖一栋房子。brk 的特点：
✅ 快——系统调用里只改一个边界值，工作轻
✅ 连续——分出来的内存都在堆上，地址连着
✅ 小内存友好——碎片可以复用
❌ 释放不干净——中间空了块，堆顶也降不下来
OS 以为你还占着那块地
❌ 碎片多了堆越来越大——假性内存泄漏mmap——另起炉灶
graph TD A[代码段] --> B[数据段] B --> C[堆 brk管] C --> D[mmap区 多块独立区域] D --> E[栈] E --> F[内核空间]
mmap 本来是"把文件映射到内存"用的。
但也可以匿名映射——纯粹要一块内存，不和文件挂钩。
你每次 mmap，内核就在你的地址空间里单独开一块新区。
这块区和堆无关，和其他 mmap 区域也无关——各自独立。
当你 free 这块内存时，munmap 直接把它删干净，归还 OS。
就像临时租仓库——用完就退，不占你主店的地方。mmap 的特点：
✅ 释放即归还——free 后 OS 立刻收回，不假性泄漏
✅ 大块友好——几 MB 单独维护，不和堆上的小块掺和
✅ 互不影响——碎片只发生在自己块内，不影响别人
❌ 慢——每次 mmap 都是系统调用，而且内核要建 VMA
❌ 最少一页（4KB）——你只要 1 字节也得给你一整页
❌ 地址不连续——每次映射的位置不一定连着三、brk 的碎片问题
场景：你把货架上放了三堆货
堆布局（从低到高）：
[p1=100B] [p2=100B] [p3=100B] [空闲] ← 堆顶
你取走了 p2（free(p2)）：
[p1=100B] [空闲100B] [p3=100B] [空闲] ← 堆顶还在原地
↑ 堆顶降不了——p3 在 p2 上面挡着
又来一个新客人要 200B：
找遍空闲块——最大只有 100B（p2 的坑）
不够 → 只能从堆顶继续推
[p1=100B] [空闲100B] [p3=100B] [p4=200B] ← 堆顶推上去了
那个 100B 的空洞就永远留在那了——这叫"碎片"
堆越来越大，实际利用率越来越低brk 碎片 = 堆里出现了"瑞士奶酪"——到处是洞，但堆顶降不下来。
mmap 没这问题：
每块 mmap 是独立的一整块，free 了整块消失。
但每块至少 4KB——小块用 mmap 浪费空间。
这是空间换干净的交易。总结：malloc 底层 = 批零分离。brk 管零售（小内存、快、有瑞士奶酪问题），mmap 管批发（大内存、慢但干净）。128KB 是 glibc 的分界线。
速记卡（面试闪卡）
Q1：一句话讲清「malloc 底层：brk vs mmap」到底是什么？ A：malloc 不是每次都找内核：小块从内存池划，大块（>128KB）才用 brk 推堆顶或 mmap 另开。
Q2：一、进程的内存布局 —— 怎么理解？ A：堆（Heap）是你 malloc 拿内存的地方，顶端叫 program break。类比：堆像能拉长的大抽屉——你拉出多长（program break 推多高）就有多少空间。
Q3：二、brk——推堆顶 —— 怎么理解？ A：brk 把堆顶指针往上推就得到新内存，只是改已有 VMA 的边界，比 mmap 轻量、地址连续、小内存碎片可复用；但中间空一块堆顶降不下来，碎片多了堆假性膨胀（假性内存泄漏）。类比：brk＝把围墙往外挪。
Q4：二、mmap——另起炉灶 —— 怎么理解？ A：mmap 在内核地址空间单独开一块独立新区（可匿名映射），free 后 munmap 立刻归还 OS、不假性泄漏，大块友好；但每次都是系统调用＋建 VMA、慢，且最少一页（4KB）、地址不连续。类比：mmap＝在旁边另盖一栋仓库，用完就退。
Q5：三、brk 的碎片问题与分界线 —— 怎么理解？ A：brk 碎片像”瑞士奶酪”：释放中间块堆顶降不下来，洞永久留着，堆越撑越大。mmap 没这问题但小块浪费（每块≥4KB），是”空间换干净”。结论：malloc＝批零分离，brk 管零售、mmap 管批发，128KB 是 glibc 的分界线。
Q6：核心速记主线有哪些？
- 堆顶 program break，brk 推堆顶、mmap 另开独立区
- brk：轻量连续、小内存友好，但碎片会让堆假性膨胀
- mmap：释放即归还、大块友好，但慢且最少 4KB、不连续
- 批零分离：小块走 brk 池，大块（>128KB）走 mmap
- 瑞士奶酪碎片 vs 空间换干净
口诀 A：malloc 不每次求内核，小池划来大另开 brk 推墙快却藏奶酪，mmap 盖房慢但干净来 一百二八是分界，批零分离最自在 碎在堆中顶难降，用罢即还无公害