1 malloc()
malloc()函數是申請一塊堆區內存的常用函數，簡單應用如下：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(int argc, char *argv[]){
char *test = (char *)malloc(100);
test[0] = 'A';
printf("0x%02x\n", test[4095]);
return 0;
}
編譯執行後的結果如下：
問題出現了，明明上述malloc()函數只開闢了100個字節的空間，爲什麼可以訪問第4096個字節呢？
因爲malloc()函數執行時，調用的系統調用是sys_brk()，該系統調用分配進程虛擬地址空間的時候是以4KB頁爲單位進行分配的，而且當出現缺頁異常的時候，默認操作的基本單位同樣是4KB的頁，於是sys_brk()系統調用最小分配4096字節的內容。
2 用戶空間的malloc堆區管理
其實，malloc()函數並沒有直接調用sys_brk()、sys_mmap()、sys_mumap()系統調用，malloc()函數是glibc函數庫對於進程堆區內存管理的一種實現方法，類似於內核中的kmalloc函數用於分配和管理內核中需要的內存空間，但是內核中的kmalloc()函數依賴於內核中的slab分配器實現具體的內核虛擬地址空間內存的分配，而malloc()依賴於glibc庫的管理機制和sys_brk()、sys_mmap()、sys_mumap()系統調用實現具體的用戶虛擬地址空間內存的分配，兩者的工作原理和工作場景是不一樣的。其中，sys_mmap()用於在堆區和棧區之間的虛擬地址空間分配一塊獨立的虛擬地址，使用vm_area_struct結構體表示，使用sys_mumap()進行內存釋放，而sys_brk()用於調整mm->brk的大小，來增加/釋放堆區的虛擬地址空間，那什麼時候使用sys_mmap()h函數、什麼時候使用sys_brk()函數呢？glibc根據兩個系統調用的優缺點規定：當malloc分配的內存不大於M_MMAP_THRESHOLD（通常爲128KB）時，使用sys_brk()系統調用分配內存，否則使用sys_mmap()系統調用分配內存。（備註：使用sys_brk()系統調用不能隨意地釋放已經分配的內存，只能首先釋放最後一次通過sys_brk()系統調用分配的內存；而sys_mmap()分配的任何一塊內存可以使用sys_mumap()系統調用隨意的釋放掉。參考：brk和mmap）
glibc函數庫使用塊來劃分通過sys_brk()、sys_mmap()系統調用獲得的內存區域，然後使用隱式鏈表結構（在塊的開始幾個字節內存儲塊之間的鏈表關係）來管理劃分的這些塊，根據塊是否被佔用給，分爲：空閒塊和佔用塊。其中，glibc參照內核中slab分配器的工作原理根據空閒塊的大小將空閒塊劃分爲了多個類別，在每個類別中使用鏈表來管理所有的塊，比如：size爲1024字節的塊放到一個鏈表中，size爲512字節的塊放到一個鏈表中等。因此，塊的分配和回收會涉及到隱式鏈表結構中元素的分割、合併等操作，而常見的堆區溢出的原理也存在於glibc庫中對堆區隱式鏈表操作的代碼中，具體詳解請見文章“Understanding glibc malloc”。
3 內核空間的sys_brk()系統調用
《奔跑吧，linux內核》將malloc比作是零售商，而把sys_brk比作代理商，個人感覺還是相當貼切的。
sys_brk()負責在進程虛擬地址空間的堆區(start_brk, mmap_base)開闢一段適合的虛擬地址空間，根據sys_brk()接收的參數對該部分虛擬地址空間進行相應的操作。
一個進程的虛擬地址空間使用結構體mm_struct來表示，其中mm->start_brk代表是堆區的起始地址，由於堆是向上（向地址較高處）增長，於是其最大不會超過mm->mmap_base所表示的mmap內存區域的大小，《奔跑吧，Linux內核》給出32位系統中堆區內存長度最大爲1GB。另外，進程堆區當前的最高點是mm->brk。
