你有没有遇到过写程序时突然崩溃，提示“内存不足”？明明电脑有 16G 内存，程序才用几百兆，怎么就崩了？这背后可能就和 malloc 的内存分配机制有关。
malloc 到底干了啥？
在 C 语言里，我们经常用 malloc 来动态申请内存。比如：
int *arr = (int *)malloc(100 * sizeof(int));这条语句的意思是：从堆里拿一块能装下 100 个整数的内存。malloc 返回一个指针，指向这块内存的起始位置。但 malloc 并不是直接向操作系统要内存，它更像一个“中间商”。
内存池与堆管理
程序启动时，操作系统会划出一块叫“堆”的区域给 malloc 管理。malloc 并不每次都找系统要内存，而是先看看自己手里有没有空闲的。就像便利店进货，不会每次有人买一瓶水就去仓库补货，而是先卖库存。
当 malloc 发现当前没有合适大小的空闲块，才会通过系统调用（比如 brk 或 mmap）向操作系统申请更大的堆空间。
空闲内存怎么记录？
malloc 把释放后的内存块记在一个叫“空闲链表”的结构里。free 的时候，这块内存不会立刻还给系统，而是标记为空闲，留着下次分配。这样下次申请小内存时就能快速响应。
但这也带来问题：频繁 malloc 和 free 容易造成内存碎片。就像冰箱里塞满了各种大小的剩菜盒，虽然总空间够，但找不到一整块地方放新买的披萨。
什么时候真正归还内存？
大多数实现中，只有当高地址的空闲内存足够大，并且位于堆的末尾时，malloc 才可能把这部分通过 brk 缩减堆大小，变相“归还”给系统。否则，内存就一直被进程占着，哪怕你已经 free 了。
一个真实场景
假设你写了个服务程序，处理内网穿透的连接转发。每来一个连接，就 malloc 一块内存存会话信息，断开时 free。跑了一天，发现内存占用越来越高，top 看 RSS 都 2G 了，但实际活跃连接只有几百个。
这很可能是因为 malloc 没把内存还回去。虽然你 free 了，但内存碎片化严重，malloc 自己留着备用，操作系统却认为还在用。
如何观察 malloc 行为？
可以用 mallinfo、malloc_stats 或者结合 valgrind 观察内存使用情况。例如打印 malloc 统计信息：
malloc_stats();或者在程序结束前调用，能看到总共申请了多少、空闲了多少、是否有大量碎片。
小块内存的特殊处理
对于很小的内存请求（比如几十字节），有些 malloc 实现（如 tcmalloc、jemalloc）会用独立的“内存池”管理，避免频繁操作堆。这类优化在高并发服务中特别有用，比如你的内网穿透工具同时处理上千隧道连接。
理解 malloc 的行为，能帮你写出更稳的后台程序。别再以为 free 了就万事大吉，内存能不能真还回去，还得看 malloc 的脸色。