下面以一个例子来说明内存分配的原理：

情况一、malloc小于128k的内存，使用brk分配内存，将_edata往高地址推(只分配虚拟空间，不对应物理内存(因此没有初始化)，第一次读/写数据时，引起内核缺页中断，内核才分配对应的物理内存，然后虚拟地址空间建立映射关系)，如下图：

1、进程启动的时候，其（虚拟）内存空间的初始布局如图1所示。

其中，mmap内存映射文件是在堆和栈的中间（例如libc-2.2.93.so，其它数据文件等），为了简单起见，省略了内存映射文件。

_edata指针（glibc里面定义）指向数据段的最高地址。

2、进程调用A=malloc(30K)以后，内存空间如图2：

  malloc函数会调用brk系统调用，将_edata指针往高地址推30K，就完成虚拟内存分配。

你可能会问：只要把_edata+30K就完成内存分配了？

事实是这样的，_edata+30K只是完成虚拟地址的分配，A这块内存现在还是没有物理页与之对应的，等到进程第一次读写A这块内存的时候，发生缺页中断，这个时候，内核才分配A这块内存对应的物理页。也就是说，如果用malloc分配了A这块内容，然后从来不访问它，那么，A对应的物理页是不会被分配的。

3、进程调用B=malloc(40K)以后，内存空间如图3。

图（1）图（2）图（3）

情况二、malloc大于128k的内存，使用mmap分配内存，在堆和栈之间找一块空闲内存分配(对应独立内存，而且初始化为0)，如下图：

图（4）图（5）图（6）

4、进程调用C=malloc(200K)以后，内存空间如图4：

默认情况下，malloc函数分配内存，如果请求内存大于128K（可由M_MMAP_THRESHOLD选项调节），那就不是去推_edata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。

这样子做主要是因为:

brk分配的内存需要等到高地址内存释放以后才能释放（例如，在B释放之前，A是不可能释放的，这就是内存碎片产生的原因，什么时候紧缩看下面），而mmap分配的内存可以单独释放。

当然，还有其它的好处，也有坏处，再具体下去，有兴趣的同学可以去看glibc里面malloc的代码了。

5 、进程调用D=malloc(100K)以后，内存空间如图5；

6 、进程调用free(C)以后，C对应的虚拟内存和物理内存一起释放。

图（7）图（8）图（9）

7、进程调用free(B)以后，如图7所示：

B对应的虚拟内存和物理内存都没有释放，因为只有一个_edata指针，如果往回推，那么D这块内存怎么办呢？

当然，B这块内存，是可以重用的，如果这个时候再来一个40K的请求，那么malloc很可能就把B这块内存返回回去了。

8、进程调用free(D)以后，如图8所示：

B和D连接起来，变成一块140K的空闲内存。

9、默认情况下：

当最高地址空间的空闲内存超过128K（可由M_TRIM_THRESHOLD选项调节）时，执行内存紧缩操作（trim）。在上一个步骤free的时候，发现最高地址空闲内存超过128K，于是内存紧缩，变成图9所示。

头文件

/usr/include/malloc.h

int mallopt (int __param, int __val);

参数 __param的取值范围：-8<=param<=-1 || 1<=param<=4 如下：

#define M_TRIM_THRESHOLD    -1
#define M_TOP_PAD           -2
#define M_MMAP_THRESHOLD    -3
#define M_MMAP_MAX          -4
#define M_CHECK_ACTION      -5
#define M_PERTURB           -6
#define M_ARENA_TEST        -7
#define M_ARENA_MAX         -8

#ifndef M_MXFAST
# define M_MXFAST  1    /* maximum request size for "fastbins" */
#endif
#ifndef M_NLBLKS
# define M_NLBLKS  2    /* UNUSED in this malloc */
#endif
#ifndef M_GRAIN
# define M_GRAIN   3    /* UNUSED in this malloc */
#endif
#ifndef M_KEEP
# define M_KEEP    4    /* UNUSED in this malloc */
#endif

参数 __value的取值： https://www.linuxjournal.com/article/6390

Table 1. mallopt() Parameters Mapped to Environment Variables

mallopt() param选择	bash环境变量	value默认推荐值	备注
M_TRIM_THRESHOLD	MALLOC_TRIM_THRESHOLD_	128KB	-1U disables
M_TOP_PAD	MALLOC_TOP_PAD_	0
M_MMAP_THRESHOLD	MALLOC_MMAP_THRESHOLD_	128KB	0 disables
M_MMAP_MAX	MALLOC_MMAP_MAX_	64	0 disables