1. 저의 접근이 맞는 것인지 궁금하구요.
2. 만약 malloc()으로 virtual address에 대한 physical mapping이 된다면 이것을 처리해주는 routine이 무엇일까요..?
(적어도 brk() 같은 system call 이나 page fault exception은 아닌 것 같아서 헤깔리네요..ㅠ)

=> 네 맞습니다. linux는 메모리 할당을 최대한 지연시키기 위해 demand paging을 사용합니다.
user space memory allocator(malloc) 내부에서 free memory chunk을 관리하게 됩니다.
user가 요청한 메모리 크기를 만족하는 free memory chunk가 없다면 brk() system call을 사용하여 heap을 grow합니다.
이때 physical 메모리가 바로 할당되는 것이 아니라 VMA(virtual memory area) space 영역의 크기을 늘리기만 합니다.

이후 user program에서 heap grow된 영역에 접근을 하게되면 page fault가 발생하고 되고,
linux page fault handler에서 fault address을 체크하여 VMA list을 체크하여 VMA list에 존재하면, 즉 user program에서 사용 요청한 영역이면,
pyhsical 메모리을 할당하고 page table을 갱신하여 fault가 발생한 위치에서 user program을 다시 시작하게 됩니다.
만약, VMA list에서 없는 주소이고, user space주소이면 segment fault을, kernel space 주소이면 panic을 발생시키게 됩니다.


실제로 malloc으로 새로운 virtual space를 할당받은 뒤
page table을 읽어보면 1개의 page에 대한 physical mapping이 이루어져 있습니다.(read/write를 안했음에도 불구하고)
예를들어 40KB(10개 page) 공간을 요청하면 처음 4KB(1개 page)에 대해서는 physical mapping이 되어있는 것이 확인됩니다.

=> 아마 이건 malloc 모듈 내부 구현을 조금 보시면 될것 같은데, 김남형씨 블로그의 glibc 동적 메모리 관리(http://studyfoss.egloos.com/5206220) 부분을 보시면 될것 같습니다.
(저도 설명할 수 있을 정도로 알고 있는건 아니라서 ㅡ.ㅡ)
malloc 모듈은 내부적으로 메모리을 chunk 자료구조로 관리하는데 실제 user가 요청하는 메모리 크기 + chunk header가 붙게 됩니다.

(사실 내부적으로 bins 자료구조로 관리되는데, 복잡하기 때문에 user가 요청한 메모리 크기라고 적었습니다.
작은 메모리는 고정된 크기, 조금 더 큰 메모리는 tree 구조로, 그리로 특정 thresh hold이상이면 메모리 할당을 mmap() system call을 이용하여 바로 할당하게 됩니다.)
따라서, malloc호출해서 메모리을 할당하게 되면 chunk header 정보가 설정되기 때문에 write operation이 일어나서
최초  1 page에 대해서는 physical mapping이 되어있을것으로 생각됩니다.

제가 글 재주가 없어서 적긴 적었는데 잘 이해할수 있으지 모르겠네요. ㅡ.ㅡ