无法访问共享对象文件中的共享指针问题排查

我有三段代码：main.c、main2.c和sharedlib.c，代码及运行现象如下：

main.c 代码 #

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

extern char* sharedPtr;

int main(void)
{
    sharedPtr = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANON, -1, 0);

    fprintf(stdout, "addr = 0x%x\n", sharedPtr);

    sleep(10);

    munmap(sharedPtr, 1024);

    return 0;
}

main2.c 代码 #

#include <stdio.h>

extern char* sharedPtr;

int main(void)
{
    fprintf(stdout, "0x%x\n", (void*)sharedPtr);
    return 0;
}

sharedlib.c 代码 #

char* sharedPtr;

编译命令 #

gcc main.c -o main -L${PWD} -lsharedlib
gcc main2.c -o main2 -L${PWD} -lsharedlib 
gcc sharedlib.c -o libsharedlib.so -shared -fPIC

运行现象 #

运行main程序时，它会打印地址并休眠10秒：

addr = 0xb6f77000

在这10秒内运行main2，输出却是：

0x0

疑问 #

这是为什么？main.c仍在运行，它应该已设置了共享库中的变量，但main2却看不到指针的值？

编辑补充：将指针替换为随机整数，结果完全相同，即main2无法读取main写入的值，仍输出0，说明该问题与mmap的使用无关。

原因分析 #

这是因为每个进程都有独立的虚拟地址空间，即使链接了同一个共享库，共享库中的全局变量在每个进程里都会生成一份独立的私有副本，而非真正的跨进程共享。

默认情况下，共享库的全局变量属于进程私有数据：main进程里的sharedPtr和main2进程里的sharedPtr是两个完全独立的内存位置，修改其中一个不会影响另一个。

实现真正跨进程共享的方法 #

如果需要让变量在多个进程间真正共享，必须借助进程间共享内存机制，常见方案有：

1. 使用shm_open配合mmap创建共享内存对象，映射到各进程地址空间
2. 使用SysV共享内存接口（shmget、shmat等）
3. 通过编译属性+链接脚本，将共享库变量标记为共享内存段

举个简单修改示例，修改sharedlib.c实现真正共享：

#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

// 指向共享内存区域的指针
char* sharedPtr;

// 进程启动时初始化共享内存
__attribute__((constructor))
void init_shared_var() {
    int fd = shm_open("/my_shared_ptr", O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    ftruncate(fd, sizeof(char*));
    sharedPtr = mmap(NULL, sizeof(char*), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    close(fd);
}

// 进程退出时清理共享内存
__attribute__((destructor))
void cleanup_shared_var() {
    munmap(sharedPtr, sizeof(char*));
    shm_unlink("/my_shared_ptr");
}

修改后，main和main2访问的是同一块共享内存中的数据，main2就能读取到main设置的值了。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ohiliouh