malloc 本质是一个"用户态内存管理器" 它向操作系统批量要内存 （brk / mmap），然后在用户态 把这些内存切块、复用、合并、回收。
从你调用 malloc 开始发生了什么？
cpp
void* p = malloc(100);真实流程大概是：
**malloc(100)
↓
glibc 的 ptmalloc
↓
- 在进程已有的堆中找合适的空闲块
- 找不到 → 向 OS 申请新内存
├─ 小块：brk 扩展堆
└─ 大块：mmap 映射匿名内存**
重点 ：
malloc 不是每次都系统调用，绝大多数是用户态完成的。
进程的"堆"长什么样？
低地址
┌────────────┐
│ text/code │
├────────────┤
│ data/bss │
├────────────┤
│ heap │ ← brk 向上增长
│ │
├────────────┤
│ ... │
├────────────┤
│ stack │ ← 向下增长
└────────────┘
高地址
heap 是 malloc 主要活动区域
brk() / sbrk() 扩展
连续虚拟地址
glibc malloc 的核心实现：ptmalloc
Linux 下默认是 ptmalloc
| 目标 | 解释 |
|---|---|
| 快 | 尽量 O(1) |
| 少碎片 | 合并、分级 |
| 多线程友好 | arena |
| 减少系统调用 | 批量申请 |
malloc 管理的"内存块"结构
┌───────────────────────┐
│ prev_size (可选) │
├───────────────────────┤
│ size | flags │ ← 是否空闲 / mmap
├───────────────────────┤
│ 用户数据区 │ ← malloc 返回的指针
│ │
├───────────────────────┤
│ (空闲时) fd / bk │ ← 双向链表指针
└───────────────────────┘
size 字段里藏了"位标志"
size = 实际大小 | PREV_INUSE | IS_MMAPPED | ...
malloc 能 O(1) 合并相邻 free 块，靠的就是这些 flag。
free 链表 & bin 体系
glibc 用 多级 bin 管理不同大小的内存块。
fastbin
很小的内存（≤ 64B 左右）
单向链表 free
不合并，直接塞进去
极快，但容易产生碎片
small bin
精确大小分类
双向链表
free 时可以合并
large bin（大块）
按大小范围分
近似 best-fit
适合 1KB~128KB
unsorted bin
所有 free 的块先放这里
free()
↓
unsorted bin
↓
malloc 时再决定进哪个 bin
减少 bin 操作开销malloc 的查找策略
malloc(n) 的步骤
malloc(n) 的步骤
对齐 + 最小块大小修正
优先查：
fastbin
small bin
找不到：从 unsorted bin 拆
还没有：
large bin
再不行：
向 OS 要内存
什么时候用 brk？什么时候用 mmap？
| 申请大小 | 方式 |
|---|---|
| 小块 | brk（堆） |
| 大块 | mmap |
mmap 的特点
独立虚拟内存区
free 直接 munmap
不污染堆
避免堆碎片