通过实例解析python subprocess模块原理及用法

一、subprocess以及常用的封装函数

运行python的时候，我们都是在创建并运行一个进程。像Linux进程那样，一个进程可以fork一个子进程，并让这个子进程exec另外一个程序。在Python中，我们通过标准库中的subprocess包来fork一个子进程，并运行一个外部的程序。
subprocess包中定义有数个创建子进程的函数，这些函数分别以不同的方式创建子进程，所以我们可以根据需要来从中选取一个使用。另外subprocess还提供了一些管理标准流(standard stream)和管道(pipe)的工具，从而在进程间使用文本通信。

subprocess.call()

父进程等待子进程完成

返回退出信息(returncode，相当于Linux exit code)

subprocess.check_call()

父进程等待子进程完成

返回0

检查退出信息，如果returncode不为0，则举出错误subprocess.CalledProcessError，该对象包含有returncode属性，可用try…except…来检查

subprocess.check_output()

父进程等待子进程完成

返回子进程向标准输出的输出结果

检查退出信息，如果returncode不为0，则举出错误subprocess.CalledProcessError，该对象包含有returncode属性和output属性，output属性为标准输出的输出结果，可用try…except…来检查。

这三个函数的使用方法相类似，下面来以subprocess.call()举例说明:

代码如下:

>>> import subprocess
>>> retcode = subprocess.call(["ls", "-l"])
#和shell中命令ls -a显示结果一样
>>> print retcode
0

将程序名(ls)和所带的参数(-l)一起放在一个表中传递给subprocess.call()

shell默认为False，在Linux下，shell=False时, Popen调用os.execvp()执行args指定的程序；shell=True时，如果args是字符串，Popen直接调用系统的Shell来执行args指定的程序，如果args是一个序列，则args的第一项是定义程序命令字符串，其它项是调用系统Shell时的附加参数。

上面例子也可以写成如下：

代码如下:

>>> retcode = subprocess.call("ls -l",shell=True)

在Windows下，不论shell的值如何，Popen调用CreateProcess()执行args指定的外部程序。如果args是一个序列，则先用list2cmdline()转化为字符串，但需要注意的是，并不是MS Windows下所有的程序都可以用list2cmdline来转化为命令行字符串。

subprocess.Popen()

代码如下:

class Popen(args, bufsize=0, executable=None, stdin=None, stdout=None, stderr=None, preexec_fn=None, close_fds=False, shell=False, cwd=None, env=None, universal_newlines=False, startupinfo=None, creationflags=0)

实际上，上面的几个函数都是基于Popen()的封装(wrapper)。这些封装的目的在于让我们容易使用子进程。当我们想要更个性化我们的需求的时候，就要转向Popen类，该类生成的对象用来代表子进程。

与上面的封装不同，Popen对象创建后，主程序不会自动等待子进程完成。我们必须调用对象的wait()方法，父进程才会等待 (也就是阻塞block)，举例：

代码如下:

>>> import subprocess
>>> child = subprocess.Popen(['ping','-c','4','blog.linuxeye.com'])
>>> print 'parent process'

从运行结果中看到，父进程在开启子进程之后并没有等待child的完成，而是直接运行print。

对比等待的情况:

代码如下:

>>> import subprocess
>>> child = subprocess.Popen('ping -c4 blog.linuxeye.com',shell=True)
>>> child.wait()
>>> print 'parent process'

从运行结果中看到，父进程在开启子进程之后并等待child的完成后，再运行print。
此外，你还可以在父进程中对子进程进行其它操作，比如我们上面例子中的child对象:代码如下:

child.poll() # 检查子进程状态
child.kill() # 终止子进程
child.send_signal() # 向子进程发送信号
child.terminate() # 终止子进程

子进程的PID存储在child.pid

二、子进程的文本流控制

子进程的标准输入、标准输出和标准错误如下属性分别表示:

代码如下:

child.stdin
child.stdout
child.stderr

可以在Popen()建立子进程的时候改变标准输入、标准输出和标准错误，并可以利用subprocess.PIPE将多个子进程的输入和输出连接在一起，构成管道(pipe)，如下2个例子：

代码如下:

>>> import subprocess
>>> child1 = subprocess.Popen(["ls","-l"], stdout=subprocess.PIPE)
>>> print child1.stdout.read(),
#或者child1.communicate()
>>> import subprocess
>>> child1 = subprocess.Popen(["cat","/etc/passwd"], stdout=subprocess.PIPE)
>>> child2 = subprocess.Popen(["grep","0:0"],stdin=child1.stdout, stdout=subprocess.PIPE)
>>> out = child2.communicate()

subprocess.PIPE实际上为文本流提供一个缓存区。child1的stdout将文本输出到缓存区，随后child2的stdin从该PIPE中将文本读取走。child2的输出文本也被存放在PIPE中，直到communicate()方法从PIPE中读取出PIPE中的文本。
注意：communicate()是Popen对象的一个方法，该方法会阻塞父进程，直到子进程完成

subprocess 模块首先推荐使用的是它的 run 方法，更高级的用法可以直接使用 Popen 接口。

run 方法语法格式如下：

subprocess.run(args, *, stdin=None, input=None, stdout=None, stderr=None, capture_output=False, shell=False, cwd=None, timeout=None, check=False, encoding=None, errors=None, text=None, env=None, universal_newlines=None)

• args：表示要执行的命令。必须是一个字符串，字符串参数列表。
• stdin、stdout 和 stderr：子进程的标准输入、输出和错误。其值可以是 subprocess.PIPE、subprocess.DEVNULL、一个已经存在的文件描述符、已经打开的文件对象或者 None。subprocess.PIPE 表示为子进程创建新的管道。subprocess.DEVNULL 表示使用 os.devnull。默认使用的是 None，表示什么都不做。另外，stderr 可以合并到 stdout 里一起输出。
• timeout：设置命令超时时间。如果命令执行时间超时，子进程将被杀死，并弹出 TimeoutExpired 异常。
• check：如果该参数设置为 True，并且进程退出状态码不是 0，则弹 出 CalledProcessError 异常。
• encoding: 如果指定了该参数，则 stdin、stdout 和 stderr 可以接收字符串数据，并以该编码方式编码。否则只接收 bytes 类型的数据。
• shell：如果该参数为 True，将通过操作系统的 shell 执行指定的命令。
• run 方法调用方式返回 CompletedProcess 实例，和直接 Popen 差不多，实现是一样的，实际也是调用 Popen，与 Popen 构造函数大致相同，例如:

实例

#执行ls -l /dev/null 命令
>>> subprocess.run(["ls", "-l", "/dev/null"])
crw-rw-rw- 1 root wheel 3, 2 5 4 13:34 /dev/null
CompletedProcess(args=['ls', '-l', '/dev/null'], returncode=0)

returncode: 执行完子进程状态，通常返回状态为0则表明它已经运行完毕，若值为负值 "-N",表明子进程被终。

简单实例：

实例

import subprocess
def runcmd(command):
  ret = subprocess.run(command,shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE,encoding="utf-8",timeout=1)
  if ret.returncode == 0:
    print("success:",ret)
  else:
    print("error:",ret)
runcmd(["dir","/b"])#序列参数
runcmd("exit 1")#字符串参数

输出结果如下：

success: CompletedProcess(args=['dir', '/b'], returncode=0, stdout='test.py\n', stderr='')
error: CompletedProcess(args='exit 1', returncode=1, stdout='', stderr='')

Popen() 方法

Popen 是 subprocess的核心，子进程的创建和管理都靠它处理。

构造函数：

class subprocess.Popen(args, bufsize=-1, executable=None, stdin=None, stdout=None, stderr=None,
preexec_fn=None, close_fds=True, shell=False, cwd=None, env=None, universal_newlines=False,
startupinfo=None, creationflags=0,restore_signals=True, start_new_session=False, pass_fds=(),
*, encoding=None, errors=None)

常用参数：

args：shell命令，可以是字符串或者序列类型（如：list，元组）

bufsize：缓冲区大小。当创建标准流的管道对象时使用，默认-1。

0：不使用缓冲区

1：表示行缓冲，仅当universal_newlines=True时可用，也就是文本模式

正数：表示缓冲区大小

负数：表示使用系统默认的缓冲区大小。

• stdin, stdout, stderr：分别表示程序的标准输入、输出、错误句柄
• preexec_fn：只在 Unix 平台下有效，用于指定一个可执行对象（callable object），它将在子进程运行之前被调用
• shell：如果该参数为 True，将通过操作系统的 shell 执行指定的命令。
• cwd：用于设置子进程的当前目录。
• env：用于指定子进程的环境变量。如果 env = None，子进程的环境变量将从父进程中继承。

创建一个子进程，然后执行一个简单的命令:

实例

>>> import subprocess
>>> p = subprocess.Popen('ls -l', shell=True)
>>> total 164
-rw-r--r-- 1 root root 133 Jul 4 16:25 admin-openrc.sh
-rw-r--r-- 1 root root 268 Jul 10 15:55 admin-openrc-v3.sh
...
>>> p.returncode
>>> p.wait()
0
>>> p.returncode

这里也可以使用 p = subprocess.Popen(['ls', '-cl']) 来创建子进程。

Popen 对象方法

• poll(): 检查进程是否终止，如果终止返回 returncode，否则返回 None。
• wait(timeout): 等待子进程终止。
• communicate(input,timeout): 和子进程交互，发送和读取数据。
• send_signal(singnal): 发送信号到子进程 。
• terminate(): 停止子进程,也就是发送SIGTERM信号到子进程。
• kill(): 杀死子进程。发送 SIGKILL 信号到子进程。

实例

import time
import subprocess

def cmd(command):
  subp = subprocess.Popen(command,shell=True,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE,encoding="utf-8")
  subp.wait(2)
  if subp.poll() == 0:
    print(subp.communicate()[1])
  else:
    print("失败")
cmd("java -version")
cmd("exit 1")

输出结果如下：

java version "1.8.0_31"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_31-b13)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.31-b07, mixed mode)

失败

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