C語言進程間通信：命名管道（FIFO）實現父子進程數據傳輸

管道是進程間通信（IPC）的經典機制。本文聚焦命名管道（FIFO）：它是文件系統中真實存在的特殊文件，支持無親緣關係進程通信。通過 mkfifo 創建、open/read/write/close 操作，演示父子進程雙向數據傳輸全過程。

命名管道關鍵特性

• 文件系統實體：ls -l 可見，類型 p，如 prw-r--r--。
• 無親緣要求：任意進程知路徑即可通信，不限父子/兄弟關係。
• 阻塞語義：open 讀端阻塞直到寫端打開，反之亦然；read 無數據阻塞，write 緩衝區滿阻塞。
• 半雙工：單向數據流，雙向通信需建兩個 FIFO。

核心 API

#include 
#include 

// 創建命名管道
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
// 成功返回 0，失敗 -1（errno=EEXIST 表示已存在）

// 後續按普通文件操作
int fd = open(pathname, O_RDONLY | O_WRONLY | O_NONBLOCK);
read(fd, buf, len);
write(fd, buf, len);
close(fd);

完整父子進程通信代碼

#include 
#include 
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#include 
#include 
#include 
#include 

#define FIFO_PATH "/tmp/test_fifo"
#define BUFSIZ 1024

int main() {
    char input[] = "IPC by FIFO";
    char output[BUFSIZ+1] = {0};
    int fd, count = 0;
    pid_t pid, pid_res;
    int stat_value;

    // 1. 創建命名管道
    if (mkfifo(FIFO_PATH, 0777) == -1) {
        perror("mkfifo");
        return 1;
    }

    // 2. 創建子進程
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid > 0) {  // 父進程：讀取
        printf("Father running (PID=%d)\n", getpid());
        fd = open(FIFO_PATH, O_RDONLY);
        if (fd == -1) { perror("open read"); return 1; }

        pid_res = wait(&stat_value);  // 等待子進程寫入結束
        if (pid_res > 0) {
            count = read(fd, output, BUFSIZ);
            printf("Father read %d bytes: %s\n", count, output);
            close(fd);
        }
    } else {  // 子進程：寫入
        printf("Son running (PID=%d)\n", getpid());
        fd = open(FIFO_PATH, O_WRONLY);
        if (fd == -1) { perror("open write"); return 1; }

        count = write(fd, input, strlen(input));
        printf("Son wrote %d bytes: %s\n", count, input);
        close(fd);
        exit(0);
    }

    // 清理（可選，演示用）
    unlink(FIFO_PATH);
    return 0;
}

運行結果

Father running (PID=12345)
Son running (PID=12346)
Son wrote 12 bytes: IPC by FIFO
Father read 12 bytes: IPC by FIFO

關鍵時序說明

1. 父進程 open(O_RDONLY) 會阻塞，直到子進程 open(O_WRONLY)。
2. 子進程寫入後 close(fd)，發送 EOF。
3. 父進程 read 讀到 EOF 返回 0，或讀到數據返回字節數。
4. 父進程用 wait 同步等待子進程退出，避免競態。

三種管道對比

總結

命名管道（FIFO）是「有名字的管道」，以文件路徑為會合點，打破了匿名管道「親緣關係」的限制。掌握 mkfifo → open → read/write → close → unlink 標準流程，並理解阻塞 open 語義與同步機制，即可靈活實現進程間可靠數據傳輸。