在Linux進程間通信（IPC）的世界裏，我們已經熟悉了匿名管道（pipe）——那個只能在父子、兄弟等“家庭成員”之間使用的“內線電話”。它簡單、高效，但它的“血緣”限制也讓我們在面對兩個毫無關係的獨立進程時束手無策。
這時，我們需要一個“公共電話亭”，任何知道號碼（路徑）的進程都可以拿起聽筒進行通話。這個“公共電話亭”，就是命名管道（FIFO，First-In, First-Out）。
一、 從“內線電話”到“公共電話亭”
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特性
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匿名管道 (Pipe)
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命名管道 (FIFO)
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標識 |
內核中的一塊內存，通過繼承的文件描述符訪問
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文件系統中的一個特殊文件，通過路徑名訪問 |
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生命週期 |
隨進程，所有持有其文件描述符的進程退出後消失
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隨文件系統，只要不被刪除就一直存在
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通信範圍 |
僅限有血緣關係的進程（父子、兄弟） |
任意進程，只要它們有權限訪問同一個FIFO文件 |
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比喻 |
家庭內線電話
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公共電話亭
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FIFO的出現，就是為了打破匿名管道的“家族壁壘”，提供一種更為通用的、基於文件系統的管道通信機制。
二、 搭建“公共電話亭”：創建FIFO
我們有兩種方式來創建一個FIFO。
1. 命令創建（管理員方式）
在Shell中，使用mkfifo命令可以輕鬆創建一個命名管道。
# 創建一個名為 myfifo 的命名管道
mkfifo myfifo
# 查看文件類型
ls -l myfifo運行結果
prw-r--r-- 1 user group 0 Jan 1 10:00 myfifo注意文件類型 p，它代表這是一個管道（pipe）文件。
2. 函數創建（程序員方式）
在C代碼中，我們使用mkfifo()函數來創建。
核心函數
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);pathname: FIFO文件的路徑名，例如"./myfifo"。mode: 文件的權限，使用八進制表示，如0664。- 返回值：成功返回
0，失敗返回-1。
三、 實戰演練：兩個陌生進程的對話
現在，我們來編寫兩個完全獨立的程序：一個寫者（fifo_writer.c）和一個讀者（fifo_reader.c）。它們沒有任何父子關係，將通過我們創建的myfifo文件進行通信。
寫者程序 (fifo_writer.c)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#define FIFO_PATH "./myfifo"
int main() {
int fd;
char message[100];
int count = 1;
// 嘗試創建FIFO，如果已存在則忽略錯誤
mkfifo(FIFO_PATH, 0664);
printf("Writer: Waiting to open FIFO for writing...\n");
// 以只寫方式打開FIFO，如果此時沒有讀者打開，這裏會阻塞
fd = open(FIFO_PATH, O_WRONLY);
if (fd == -1) {
perror("open fifo error");
exit(1);
}
printf("Writer: FIFO opened. Start writing.\n");
while (1) {
snprintf(message, sizeof(message), "Message #%d from writer", count++);
write(fd, message, strlen(message) + 1);
printf("Sent: '%s'\n", message);
sleep(1); // 每秒發送一次
}
close(fd);
return 0;
}讀者程序 (fifo_reader.c)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#define FIFO_PATH "./myfifo"
int main() {
int fd;
char buffer[100];
int n;
printf("Reader: Waiting to open FIFO for reading...\n");
// 以只讀方式打開FIFO
fd = open(FIFO_PATH, O_RDONLY);
if (fd == -1) {
perror("open fifo error");
exit(1);
}
printf("Reader: FIFO opened. Waiting for data...\n");
while ((n = read(fd, buffer, sizeof(buffer))) > 0) {
printf("Received: '%s'\n", buffer);
}
if (n == 0) {
printf("Reader: All writers have closed the FIFO. Exiting.\n");
}
close(fd);
return 0;
}運行與驗證
- 編譯程序
gcc fifo_writer.c -o writer
gcc fifo_reader.c -o reader- 啓動讀者（打開一個終端）
./reader輸出:
Reader: Waiting to open FIFO for reading...
Reader: FIFO opened. Waiting for data...
(此時程序會阻塞，等待寫者寫入數據)- 啓動寫者（打開另一個終端）
./writer寫者終端輸出:
Writer: Waiting to open FIFO for writing...
Writer: FIFO opened. Start writing.
Sent: 'Message #1 from writer'
Sent: 'Message #2 from writer'
...讀者終端輸出:
... (接上文)
Received: 'Message #1 from writer'
Received: 'Message #2 from writer'
...- 關閉寫者 在寫者終端按
Ctrl+C結束程序。 - 觀察讀者 讀者終端會立即輸出：
Reader: All writers have closed the FIFO. Exiting.
(程序正常退出)實驗成功！兩個毫無關係的進程，通過一個文件系統中的節點，實現了完美的通信。
四、 深入探索：FIFO的獨特行為
FIFO的行為與匿名管道既有相似之處，也有關鍵區別：
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場景
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匿名管道 (Pipe) 的行為
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命名管道 (FIFO) 的行為
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寫端打開，但無讀端 |
進程收到 |
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讀端打開，但管道為空 |
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所有寫端關閉後，讀端再讀 |
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數據被讀取後 |
數據從管道中消失，不可重複讀取。
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數據從管道中消失，不可重複讀取。 (與Pipe相同)
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多進程併發 |
父子/兄弟間可共享。
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任意多個進程可同時讀/寫同一個FIFO，數據會被競爭消費。
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最重要的區別：對於寫者來説，匿名管道是“暴脾氣”，發現沒人聽（無讀端）就直接“崩潰”（SIGPIPE）；而FIFO是“耐心派”，沒人聽就一直“等待”，直到聽眾出現。這個阻塞特性使得FIFO在編寫健壯的服務時更加方便。
五、 知識小結
- 核心價值：FIFO通過在文件系統中創建一個特殊文件，解決了匿名管道只能用於有血緣關係進程的限制。
- 創建：使用
mkfifo命令或mkfifo()函數。 - 使用：像操作普通文件一樣，使用
open,read,write,close。 - 阻塞特性：
open寫端時，若無讀端則阻塞。read時，若無數據則阻塞。
- 生命週期：與文件系統同在，不隨進程退出而消失。
命名管道FIFO是Linux IPC工具箱中一把強大而靈活的瑞士軍刀。當你需要一種比匿名管道更通用，又比套接字或共享內存更簡單的通信方式時，FIFO無疑是你的最佳選擇。
