为何使用malloc分配小于MMAP_THRESHOLD的内存时堆未发生变化？

测试代码 #

int main(int argc, char ** argv)
{
    char *p[10];
    
    for(int i =0 ; i < 10; ++i)
    {
        ssize_t msize = pow(2,i) * sizeof(char);
        p[i] = (char*)malloc(msize);
        printf("%p\n",sbrk(0));
    }
    printf("malloc done!\n");
    
    for(int i =0 ;i < 10; ++i)
    {
        free(p[i]);
    }

    exit(0);
}

运行输出 #

0x55ffd4dd5000
0x55ffd4dd5000
0x55ffd4dd5000
0x55ffd4dd5000
0x55ffd4dd5000
0x55ffd4dd5000
0x55ffd4dd5000
0x55ffd4dd5000
0x55ffd4dd5000
0x55ffd4dd5000
malloc done!

原因分析 #

glibc的malloc不会每次小内存分配都调用sbrk()/brk()调整堆大小，核心原因是它的预分配与内存复用机制：

• 首次调用malloc分配小内存时，malloc会一次性通过sbrk()申请一块远大于当前需求的堆内存区域（也就是arena，默认大小通常在几十KB级别，比如128KB），后续的小内存分配都直接从这块预分配区域里拆分，不会触发新的堆扩展操作。
• 你的测试里，每次分配的内存最大才512字节，10次分配总大小也才1023字节，远小于预分配的堆空间，所以所有分配都在初始预分配的区域内完成，堆顶地址（sbrk(0)的返回值）自然不会变化。
• 只有当预分配的堆空间被耗尽，或者后续分配的内存块大小超过剩余空闲空间时，malloc才会再次调用sbrk()扩展堆。

另外补充：即使调用free()释放内存，malloc也不会立刻调用sbrk()收缩堆，而是把释放的内存加入空闲链表，留待后续分配复用——这是为了减少系统调用的开销，毕竟系统调用的成本远高于用户态的内存管理操作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者CodeFish