malloc的實現與物理內存自然是無關的，內核為每個進程維護一張頁表，頁表存儲進程空間內每頁的虛擬地址，頁表項中有的虛擬內存頁對應着某個物理內存頁面，也有的虛擬內存頁沒有實際的物理頁面對應。無論malloc通過sbrk還是mmap實現，分配到的內存只是虛擬內存，而且只是虛擬內存的頁號，代表這塊空間進程可以用，實際上還沒有分配到實際的物理頁面。等你的進程訪問到這個新分配的內存空間的時候，如果其還沒有對應的物理頁面分配，就會產生缺頁中斷，內核這個時候會給進程分配實際的物理頁面，以與這個未被映射的虛擬頁面對應起來，然后程序就可以歡快的繼續往下跑了。
摘自：https://www.zhihu.com/question/20220583/answer/28490955
malloc是一個庫函數，不同的操作系統上具體實現細節是不同的，以下就以linux條件下進行分析：linux采用的是glibc中堆內存管理ptmalloc實現，虛擬內存的布局規定了malloc申請位置以及大小，malloc一次性能申請小內存（小於128KB），分配的是在堆區（heap），用sbrk()進行對齊生長，而malloc一次性申請大內存（大於128KB時）分配到的是在映射區，而不是在堆區，采用的mmap()系統調用進行映射。當然虛擬地址只是規定了一種最理想的狀態，實際分配還是要考慮到物理內存加交換內存總量的限制，因為每次分配，特別是大內存分配采用mmap（）映射內存需要記錄物理內存加交換內存地址，所有物理內存加交換內存限制了malloc實際分配。比如32位情況下，最新版本的linux的映射區在用戶空間區的3G位置，而映射區向下生長，所以理想情況下大概能有2.9GB（除去開始地址128M）,如果你的物理內存加交換區只有2G，malloc一次申請最多1.8G左右，如果你的物理內存加交換區大於4G，那么最多能有2.9G或者2.8G左右。網上能找到測試代碼的。
摘自：https://www.zhihu.com/question/20220583/answer/22913516