C++ new 操作符在操作系统层执行了什么操作？

在C++中，new操作符的执行涉及操作系统层面的内存分配和对象构造过程，具体可分为以下几个关键步骤：

1. 调用内存分配函数（operator new）

new操作符首先通过operator new函数向操作系统申请内存。该函数底层通常调用malloc或类似的系统调用（如brk/mmap），从堆空间分配指定大小的内存块。若内存不足，默认会抛出std::bad_alloc异常。

2. 计算所需内存大小

根据对象类型（内置类型或自定义类），new会计算所需内存大小，包括考虑内存对齐和类成员变量的空间占用。对于数组，还需额外存储数组大小信息以便后续析构。

3. 调用构造函数初始化对象

内存分配成功后，new会在该内存上调用对象的构造函数完成初始化。对于自定义类型，构造函数负责初始化成员变量；内置类型（如int）则直接赋初值。

4. 返回对象指针

最终，new返回指向已构造对象的指针，供程序使用。若构造函数抛出异常，已分配的内存会自动释放以避免泄漏。

5. 与malloc的底层区别

malloc仅通过brk（小内存）或mmap（大内存）系统调用分配虚拟内存，而new还包含构造步骤。 new失败时抛出异常，malloc返回NULL；new支持重载operator new实现自定义分配策略。

操作系统交互示例 ‌

小内存（<128KB）‌：通过brk调整堆顶指针_edata，延迟分配物理内存（首次访问时触发缺页中断）。
大内存（≥128KB）‌：通过mmap在文件映射区域分配虚拟内存。

综上，new的操作系统交互核心是通过operator new触发底层内存分配系统调用，并协调构造/析构语义，确保类型安全。

问题思考：
1. 系统调用brk 和 mmap 有什么不同？
2. new 为数组开辟内容空间的时候，数组大小这个额外的信息是如何存储的？ int * p = new int[5]; 指针p 指向的的int 数据地址还是数组大小的地址？
3. new 是可以被重载的，能否为特定的类设计对象池分配策略？
4. new 失败时会抛出异常， 能否改造不抛出异常？