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Python模塊：subprocess模塊教程

一.subprocess模塊

subprocess是Python 2.4中新增的一個模塊，它允許你生成新的進程，連接到它們的 input/output/error 管道，并獲取它們的返回（狀態(tài)）碼。這個模塊的目的在于替換幾個舊的模塊和方法，如：

成都創(chuàng)新互聯(lián)公司是一家以重慶網(wǎng)站建設(shè)、網(wǎng)頁設(shè)計、品牌設(shè)計、軟件運維、seo優(yōu)化排名、小程序App開發(fā)等移動開發(fā)為一體互聯(lián)網(wǎng)公司。已累計為成都垃圾桶等眾行業(yè)中小客戶提供優(yōu)質(zhì)的互聯(lián)網(wǎng)建站和軟件開發(fā)服務(wù)。

os.system
os.spawn*

1.subprocess模塊中的常用函數(shù)

函數(shù) 描述
subprocess.run() Python 3.5中新增的函數(shù)。執(zhí)行指定的命令，等待命令執(zhí)行完成后返回一個包含執(zhí)行結(jié)果的CompletedProcess類的實例。
subprocess.call() 執(zhí)行指定的命令，返回命令執(zhí)行狀態(tài)，其功能類似于os.system(cmd)。
subprocess.check_call() Python 2.5中新增的函數(shù)。 執(zhí)行指定的命令，如果執(zhí)行成功則返回狀態(tài)碼，否則拋出異常。其功能等價于subprocess.run(…, check=True)。
subprocess.check_output() Python 2.7中新增的的函數(shù)。執(zhí)行指定的命令，如果執(zhí)行狀態(tài)碼為0則返回命令執(zhí)行結(jié)果，否則拋出異常。
subprocess.getoutput(cmd) 接收字符串格式的命令，執(zhí)行命令并返回執(zhí)行結(jié)果，其功能類似于os.popen(cmd).read()和commands.getoutput(cmd)。
subprocess.getstatusoutput(cmd) 執(zhí)行cmd命令，返回一個元組(命令執(zhí)行狀態(tài), 命令執(zhí)行結(jié)果輸出)，其功能類似于commands.getstatusoutput()。

說明：

  • 在Python 3.5之后的版本中，官方文檔中提倡通過subprocess.run()函數(shù)替代其他函數(shù)來使用subproccess模塊的功能；

  • 在Python 3.5之前的版本中，我們可以通過subprocess.call()，subprocess.getoutput()等上面列出的其他函數(shù)來使用subprocess模塊的功能；

  • subprocess.run()、subprocess.call()、subprocess.check_call()和subprocess.check_output()都是通過對subprocess.Popen的封裝來實現(xiàn)的高級函數(shù)，因此如果我們需要更復雜功能時，可以通過subprocess.Popen來完成。

  • subprocess.getoutput()和subprocess.getstatusoutput()函數(shù)是來自Python 2.x的commands模塊的兩個遺留函數(shù)。它們隱式的調(diào)用系統(tǒng)shell，并且不保證其他函數(shù)所具有的安全性和異常處理的一致性。另外，它們從Python 3.3.4開始才支持Windows平臺。

2.上面各函數(shù)的定義及參數(shù)說明

函數(shù)參數(shù)列表：

subprocess.run(args, *, stdin=None, input=None, stdout=None, stderr=None, shell=False, timeout=None, check=False, universal_newlines=False)

subprocess.call(args, *, stdin=None, stdout=None, stderr=None, shell=False, timeout=None)

subprocess.check_call(args, *, stdin=None, stdout=None, stderr=None, shell=False, timeout=None)

subprocess.check_output(args, *, stdin=None, stderr=None, shell=False, universal_newlines=False, timeout=None)

subprocess.getstatusoutput(cmd)

subprocess.getoutput(cmd)

參數(shù)說明：

  • args： 要執(zhí)行的shell命令，默認應(yīng)該是一個字符串序列，如[‘df’, ‘-Th’]或(‘df’, ‘-Th’)，也可以是一個字符串，如’df -Th’，但是此時需要把shell參數(shù)的值置為True。

  • shell： 如果shell為True，那么指定的命令將通過shell執(zhí)行。如果我們需要訪問某些shell的特性，如管道、文件名通配符、環(huán)境變量擴展功能，這將是非常有用的。當然，python本身也提供了許多類似shell的特性的實現(xiàn)，如glob、fnmatch、os.walk()、os.path.expandvars()、os.expanduser()和shutil等。

  • check： 如果check參數(shù)的值是True，且執(zhí)行命令的進程以非0狀態(tài)碼退出，則會拋出一個CalledProcessError的異常，且該異常對象會包含 參數(shù)、退出狀態(tài)碼、以及stdout和stderr(如果它們有被捕獲的話)。

  • stdout, stderr：input： 該參數(shù)是傳遞給Popen.communicate()，通常該參數(shù)的值必須是一個字節(jié)序列，如果universal_newlines=True，則其值應(yīng)該是一個字符串。

    (1.run()函數(shù)默認不會捕獲命令執(zhí)行結(jié)果的正常輸出和錯誤輸出，如果我們向獲取這些內(nèi)容需要傳遞subprocess.PIPE，然后可以通過返回的CompletedProcess類實例的stdout和stderr屬性或捕獲相應(yīng)的內(nèi)容；
    (2.call()和check_call()函數(shù)返回的是命令執(zhí)行的狀態(tài)碼，而不是CompletedProcess類實例，所以對于它們而言，stdout和stderr不適合賦值為subprocess.PIPE；
    (3.check_output()函數(shù)默認就會返回命令執(zhí)行結(jié)果，所以不用設(shè)置stdout的值，如果我們希望在結(jié)果中捕獲錯誤信息，可以執(zhí)行stderr=subprocess.STDOUT。

  • universal_newlines： 該參數(shù)影響的是輸入與輸出的數(shù)據(jù)格式，比如它的值默認為False，此時stdout和stderr的輸出是字節(jié)序列；當該參數(shù)的值設(shè)置為True時，stdout和stderr的輸出是字符串。

3.subprocess.CompletedProcess類介紹

需要說明的是，subprocess.run()函數(shù)是Python3.5中新增的一個高級函數(shù)，其返回值是一個subprocess.CompletedPorcess類的實例，因此，subprocess.completedPorcess類也是Python 3.5中才存在的。它表示的是一個已結(jié)束進程的狀態(tài)信息，它所包含的屬性如下：

  • args： 用于加載該進程的參數(shù)，這可能是一個列表或一個字符串
  • returncode： 子進程的退出狀態(tài)碼。通常情況下，退出狀態(tài)碼為0則表示進程成功運行了；一個負值-N表示這個子進程被信號N終止了
  • stdout： 從子進程捕獲的stdout。這通常是一個字節(jié)序列，如果run()函數(shù)被調(diào)用時指定universal_newlines=True，則該屬性值是一個字符串。如果run()函數(shù)被調(diào)用時指定stderr=subprocess.STDOUT，那么stdout和stderr將會被整合到這一個屬性中，且stderr將會為None
  • stderr： 從子進程捕獲的stderr。它的值與stdout一樣，是一個字節(jié)序列或一個字符串。如果stderr滅有被捕獲的話，它的值就為None
  • check_returncode()： 如果returncode是一個非0值，則該方法會拋出一個CalledProcessError異常。

4.實例

subprocess.run()

>>> subprocess.run(["ls", "-l"])  # doesn't capture output
CompletedProcess(args=['ls', '-l'], returncode=0)

>>> subprocess.run("exit 1", shell=True, check=True)
Traceback (most recent call last):
  ...
subprocess.CalledProcessError: Command 'exit 1' returned non-zero exit status 1

>>> subprocess.run(["ls", "-l", "/dev/null"], stdout=subprocess.PIPE)
CompletedProcess(args=['ls', '-l', '/dev/null'], returncode=0,
stdout=b'crw-rw-rw- 1 root root 1, 3 Jan 23 16:23 /dev/null\n')

subprocess.call()

>>> subprocess.call(['ls',  '-l'])
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>>> subprocess.call('ls -l', shell=True)
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>>> subprocess.call(['ls',  '-l'], stdout=subprocess.DEVNULL)
0
>>> subprocess.call(['ls',  '-l', '/test'])
ls: 無法訪問/test: 沒有那個文件或目錄
2

suprocess.check_call()

>>> subprocess.check_call(['ls',  '-l'])
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>>> subprocess.check_call('ls -l', shell=True)
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0
>>> subprocess.check_call('ls -l /test', shell=True)
ls: 無法訪問/test: 沒有那個文件或目錄
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
  File "/usr/lib/python3.4/subprocess.py", line 557, in check_call
    raise CalledProcessError(retcode, cmd)
subprocess.CalledProcessError: Command 'ls -l /test' returned non-zero exit status 2

subprocess.check_output()

>>> ret = subprocess.check_output(['ls',  '-l'])
>>> print(ret)
b' \xe5\x85\xac\xe5\x85\xb1\xe7\x9a\x84\ndrwxr-xr-x  2 wader wader   4096 12\xe6\x9c\x88  7  2015 \xe6\xa8\xa1\xe6\x9d\xbf\ndrwxr-xr-x  2 wader wader   4096 12\xe6\x9c\x88  7  2015 \xe8\xa7\x86\xe9\xa2\x91\ndrwxr-xr-x  2 wader wader   4096 12\xe6\x9c\x88  7  2015 \xe5\x9b\xbe\xe7\x89\x87\ndrwxr-xr-x  2 wader wader   4096 12\xe6\x9c\x88  7  2015 \xe6\x96\x87\xe6\xa1\xa3\ndrwxr-xr-x  2 wader wader   4096  4\xe6\x9c\x88 13  2016 \xe4\xb8\x8b\xe8\xbd\xbd\ndrwxr-xr-x  2 wader wader   4096 12\xe6\x9c\x88  7  2015 \xe9\x9f\xb3\xe4\xb9\x90\ndrwxr-xr-x  7 wader wader   4096  5\xe6\x9c\x88 26  2016 \xe6\xa1\x8c\xe9\x9d\xa2\n'
>>> ret = subprocess.check_output(['ls',  '-l'], universal_newlines=True)
>>> print(ret)
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subprocess.getoutput()與subprocess.getstatusoutput()

>>> ret = subprocess.getoutput('ls -l')
>>> print(ret)
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>>> retcode, output = subprocess.getstatusoutput('ls -l')
>>> print(retcode)
0
>>> print(output)
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>>> retcode, output = subprocess.getstatusoutput('ls -l /test')
>>> print(retcode)
2
>>> print(output)
ls: 無法訪問/test: 沒有那個文件或目錄

二.subprocess.Popen介紹

該類用于在一個新的進程中執(zhí)行一個子程序。前面我們提到過，上面介紹的這些函數(shù)都是基于subprocess.Popen類實現(xiàn)的，通過使用這些被封裝后的高級函數(shù)可以很方面的完成一些常見的需求。由于subprocess模塊底層的進程創(chuàng)建和管理是由Popen類來處理的，因此，當我們無法通過上面哪些高級函數(shù)來實現(xiàn)一些不太常見的功能時就可以通過subprocess.Popen類提供的靈活的api來完成。

1.subprocess.Popen的構(gòu)造函數(shù)

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,
    startup_info=None, creationflags=0, restore_signals=True, start_new_session=False, pass_fds=())

參數(shù)說明：

  • args： 要執(zhí)行的shell命令，可以是字符串，也可以是命令各個參數(shù)組成的序列。當該參數(shù)的值是一個字符串時，該命令的解釋過程是與平臺相關(guān)的，因此通常建議將args參數(shù)作為一個序列傳遞。
  • bufsize： 指定緩存策略，0表示不緩沖，1表示行緩沖，其他大于1的數(shù)字表示緩沖區(qū)大小，負數(shù) 表示使用系統(tǒng)默認緩沖策略。stdin, stdout, stderr： 分別表示程序標準輸入、輸出、錯誤句柄。
  • preexec_fn： 用于指定一個將在子進程運行之前被調(diào)用的可執(zhí)行對象，只在Unix平臺下有效。
  • close_fds： 如果該參數(shù)的值為True，則除了0,1和2之外的所有文件描述符都將會在子進程執(zhí)行之前被關(guān)閉。
  • shell： 該參數(shù)用于標識是否使用shell作為要執(zhí)行的程序，如果shell值為True，則建議將args參數(shù)作為一個字符串傳遞而不要作為一個序列傳遞。
  • cwd： 如果該參數(shù)值不是None，則該函數(shù)將會在執(zhí)行這個子進程之前改變當前工作目錄。
  • env： 用于指定子進程的環(huán)境變量，如果env=None，那么子進程的環(huán)境變量將從父進程中繼承。如果env!=None，它的值必須是一個映射對象。
  • universal_newlines： 如果該參數(shù)值為True，則該文件對象的stdin，stdout和stderr將會作為文本流被打開，否則他們將會被作為二進制流被打開。
  • startupinfo和creationflags： 這兩個參數(shù)只在Windows下有效，它們將被傳遞給底層的CreateProcess()函數(shù)，用于設(shè)置子進程的一些屬性，如主窗口的外觀，進程優(yōu)先級等。

2.subprocess.Popen類的實例可調(diào)用的方法

方法 描述
Popen.poll() 用于檢查子進程（命令）是否已經(jīng)執(zhí)行結(jié)束，沒結(jié)束返回None，結(jié)束后返回狀態(tài)碼。
Popen.wait(timeout=None) 等待子進程結(jié)束，并返回狀態(tài)碼；如果在timeout指定的秒數(shù)之后進程還沒有結(jié)束，將會拋出一個TimeoutExpired異常。
Popen.communicate(input=None, timeout=None) 該方法可用來與進程進行交互，比如發(fā)送數(shù)據(jù)到stdin，從stdout和stderr讀取數(shù)據(jù)，直到到達文件末尾。
Popen.send_signal(signal) 發(fā)送指定的信號給這個子進程。
Popen.terminate() 停止該子進程。
Popen.kill() 殺死該子進程。

關(guān)于communicate()方法的說明：

  • 該方法中的可選參數(shù) input 應(yīng)該是將被發(fā)送給子進程的數(shù)據(jù)，或者如沒有數(shù)據(jù)發(fā)送給子進程，該參數(shù)應(yīng)該是None。input參數(shù)的數(shù)據(jù)類型必須是字節(jié)串，如果universal_newlines參數(shù)值為True，則input參數(shù)的數(shù)據(jù)類型必須是字符串。
  • 該方法返回一個元組(stdout_data, stderr_data)，這些數(shù)據(jù)將會是字節(jié)穿或字符串（如果universal_newlines的值為True）。
  • 如果在timeout指定的秒數(shù)后該進程還沒有結(jié)束，將會拋出一個TimeoutExpired異常。捕獲這個異常，然后重新嘗試通信不會丟失任何輸出的數(shù)據(jù)。但是超時之后子進程并沒有被殺死，為了合理的清除相應(yīng)的內(nèi)容，一個好的應(yīng)用應(yīng)該手動殺死這個子進程來結(jié)束通信。
  • 需要注意的是，這里讀取的數(shù)據(jù)是緩沖在內(nèi)存中的，所以，如果數(shù)據(jù)大小非常大或者是無限的，就不應(yīng)該使用這個方法

3.subprocess.Popen使用實例

實例1

>>> import subprocess
>>>
>>> p = subprocess.Popen('df -Th', stdout=subprocess.PIPE, shell=True)
>>> print(p.stdout.read())
Filesystem     Type      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/vda1      ext4       40G   12G   26G  31% /
devtmpfs       devtmpfs  3.9G     0  3.9G   0% /dev
tmpfs          tmpfs     3.9G     0  3.9G   0% /dev/shm
tmpfs          tmpfs     3.9G  386M  3.5G  10% /run
tmpfs          tmpfs     3.9G     0  3.9G   0% /sys/fs/cgroup
tmpfs          tmpfs     783M     0  783M   0% /run/user/0
tmpfs          tmpfs     783M     0  783M   0% /run/user/1000

實例2

>>> obj = subprocess.Popen(["python"], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
>>> obj.stdin.write('print(1) \n')
>>> obj.stdin.write('print(2) \n')
>>> obj.stdin.write('print(3) \n')
>>> out,err = obj.communicate()
>>> print(out)
1
2
3

>>> print(err)

實例3

'''
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'''
>>> obj = subprocess.Popen(["python"], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
>>> out,err = obj.communicate(input='print(1) \n')
>>> print(out)
1

>>> print(err)

實例4

實現(xiàn)類似df -Th | grep data命令的功能，實際上就是實現(xiàn)shell中管道的共功能。

>>> 
>>> p1 = subprocess.Popen(['df', '-Th'], stdout=subprocess.PIPE)
>>> p2 = subprocess.Popen(['grep', 'data'], stdin=p1.stdout, stdout=subprocess.PIPE)
>>> out,err = p2.communicate()
>>> print(out)
/dev/vdb1      ext4      493G  4.8G  463G   2% /data
/dev/vdd1      ext4     1008G  420G  537G  44% /data1
/dev/vde1      ext4      985G  503G  432G  54% /data2

>>> print(err)
None

三.總結(jié)

那么我們到底該用哪個模塊、哪個函數(shù)來執(zhí)行命令與系統(tǒng)及系統(tǒng)進行交互呢？下面我們來做個總結(jié)：

  • 首先應(yīng)該知道的是，Python2.4版本引入了subprocess模塊用來替換os.system()、os.popen()、os.spawn*()等函數(shù)以及commands模塊；也就是說如果你使用的是Python 2.4及以上的版本就應(yīng)該使用subprocess模塊了。
  • 如果你的應(yīng)用使用的Python 2.4以上，但是是Python 3.5以下的版本，Python官方給出的建議是使用subprocess.call()函數(shù)。Python 2.5中新增了一個subprocess.check_call()函數(shù)，Python 2.7中新增了一個subprocess.check_output()函數(shù)，這兩個函數(shù)也可以按照需求進行使用。
  • 如果你的應(yīng)用使用的是Python 3.5及以上的版本（目前應(yīng)該還很少），Python官方給出的建議是盡量使用subprocess.run()函數(shù)。
  • 當subprocess.call()、subprocess.check_call()、subprocess.check_output()和subprocess.run()這些高級函數(shù)無法滿足需求時，我們可以使用subprocess.Popen類來實現(xiàn)我們需要的復雜功能。

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