Lobsters | 📄 原文链接 | 2026-11-10 收录

malloc 到底在干什么：从 sbrk 到空闲链表一步步写个分配器

来源：benmandrew.com — 2026-11-08

📋 概述

接口极简的 malloc 背后是用户态的记账工作。作者用 strace 展示：连续 malloc(16) 一千次只有两次 brk 系统调用——第一次问程序断点在哪，第二次把堆扩了 132 KiB，其余 999 次都从这块已拿到的内存里切。原因很直接：空系统调用要 575 ns，sbrk(16) 610 ns，而 malloc(16) 只要 26.9 ns，快 22.7 倍。于是他从一个只会 bump 的玩具分配器开始，逐级补上 chunk 头、空闲链表、分割与合并、需求分页、trim 归还内存，最后在 128 KiB 以上改用 mmap。

🔑 核心要点

chunk 头就藏在返回指针前面 8 字节，大小永远是 16 的倍数所以低 3 位空出来挂标志位；申请 1、24、25、1000 字节分别拿到 32、32、48、1008 字节的 chunk。
空闲时那块用户内存被复用成 next 指针，大小加指针正好塞进原数据区，这是 free 不需要额外参数也能串起链表的原因。
需求分页解释了为什么 free 之后 RSS 不降：写过的页在 my_free 之后仍然驻留，直到分配器把地址还给内核。
只有堆顶能归还：一个活着的 chunk 会把断点钉在上面，它下面的空闲区只能留着，长期运行就变成碎片，把 RSS 顶到被 OOM 杀掉。
128 KiB 及以上的请求走 mmap MAP_ANONYMOUS，munmap 可以立刻归还，不受邻居影响，这正对应 glibc 的 MMAP_THRESHOLD。

💡 金句

同样的 16 字节请求，malloc 比 sbrk 快 22.7 倍。

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