1. Проблемы нехватки памяти нет. Есть проблема фрагментации.
-----
Хммм... Как бы это помягче сказать... Наверное так - выполнение calloc/malloc/realloc, в принципе, не гарантирует выделение не фрагментированного участка памяти. Что гарантируется - что выделенная область будет выглядеть непрерывной. Какими средствами достигается эмуляция выделения непрерывной области и каковы при этом издержки на управление - вопрос отдельный.
Вообщем, остается повторится, - читайте доки - от модели процессора, через операционку, до стандарта языка.
Ах, да... совсем забыл... Одно из лучших решений по управлению фрагметированными данными разработано IBM, где-то году в 72-м. Можете ознакомится на досуге.
2. Ходить нормальными указателями по этим блокам просто нереально. А для задачи нужно (в ассемблере с использованием SSE).
-----
Угу... "Самый лучший язык программирования - ассемблер!" Ни один другой язык не дает эффективных решений...
4. Поэтому я говорил о наращивании одного (еще раз одного) блока памяти
-----
Эээ... У меня есть большое желание дать какому-нибудь студенту-первокурснику задачку отсортировать методом линейной сортировки массив из одного (еще раз - одного) элемента.