malloc的实现与物理内存自然是无关的，内核为每个进程维护一张页表，页表存储进程空间内每页的虚拟地址，页表项中有的虚拟内存页对应着某个物理内存页面，也有的虚拟内存页没有实际的物理页面对应。无论malloc通过sbrk还是mmap实现，分配到的内存只是虚拟内存，而且只是虚拟内存的页号，代表这块空间进程可以用，实际上还没有分配到实际的物理页面。等你的进程访问到这个新分配的内存空间的时候，如果其还没有对应的物理页面分配，就会产生缺页中断，内核这个时候会给进程分配实际的物理页面，以与这个未被映射的虚拟页面对应起来，然后程序就可以欢快的继续往下跑了。
摘自：https://www.zhihu.com/question/20220583/answer/28490955
malloc是一个库函数，不同的操作系统上具体实现细节是不同的，以下就以linux条件下进行分析：linux采用的是glibc中堆内存管理ptmalloc实现，虚拟内存的布局规定了malloc申请位置以及大小，malloc一次性能申请小内存（小于128KB），分配的是在堆区（heap），用sbrk()进行对齐生长，而malloc一次性申请大内存（大于128KB时）分配到的是在映射区，而不是在堆区，采用的mmap()系统调用进行映射。当然虚拟地址只是规定了一种最理想的状态，实际分配还是要考虑到物理内存加交换内存总量的限制，因为每次分配，特别是大内存分配采用mmap（）映射内存需要记录物理内存加交换内存地址，所有物理内存加交换内存限制了malloc实际分配。比如32位情况下，最新版本的linux的映射区在用户空间区的3G位置，而映射区向下生长，所以理想情况下大概能有2.9GB（除去开始地址128M）,如果你的物理内存加交换区只有2G，malloc一次申请最多1.8G左右，如果你的物理内存加交换区大于4G，那么最多能有2.9G或者2.8G左右。网上能找到测试代码的。
摘自：https://www.zhihu.com/question/20220583/answer/22913516