python 标准类库-并行执行之subprocess-子进程管理

标准类库-并行执行之subprocess-子进程管理

by:授客QQ：1033553122

1．使用subprocess模块

以下函数是调用子进程的推荐方法，所有使用场景它们都能处理。也可用Popen以满足更高级的使用场景

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

运行args描述的命令，等待命令完成后返回returncode属性。

timeout参数会传递Popen.wait()。如果超过timeout，子进程将会被kill掉，并再次等待。子进程被终止后会抛出TimeoutExpired异常。

Eg:

>>>returncode = subprocess.call('exit 1', shell=True)
print(returncode)# 输出1

>>> returncode = subprocess.call('exit 0', shell=True)
print(returncode)# 输出0

注意：针对该函数，不要使用stdout=PIPE 或 stderr=PIPE。因为不是从当前进程中读取管道(pipe)，如果子进程没有生成足够的输出来填充OS的管道缓冲区，可能会阻塞子进程。

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

运行携带参数的命令，等待命令完成。如果返回代码为0，则返回，否则抛出 CalledProcessError。返回代码将被赋值给CalledProcessError的returncode属性

timeout参数会传递Popen.wait()。如果超过timeout，子进程将会被kill掉，并再次等待。子进程被终止后会抛出TimeoutExpired异常。

Eg:

>>> subprocess.check_call(["ls", "-l"]) # run on linux only

0

>>> subprocess.check_call('exit 0', shell=True)

0

>>> subprocess.check_call('exit 1', shell=True)

Traceback (most recent call last):

……

subprocess.CalledProcessError: Command 'exit 1' returned non-zero exit status 1

注意：针对该函数，不要使用stdout=PIPE 或 stderr=PIPE。因为不是从当前进程中读取管道(pipe)，如果子进程没有生成足够的输出来填充OS的管道缓冲区，可能会阻塞子进程。

 

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

运行携带参数的命令，并返回输出

如果返回代码为b不为0，则抛出 CalledProcessError。返回代码将被赋值给CalledProcessError的returncode属性，且任意输出将会被存放在output属性。

timeout参数会传递Popen.wait()。如果超过timeout，子进程将会被kill掉，并再次等待。子进程被终止后会抛出TimeoutExpired异常。

Eg:

>>> subprocess.check_output(['echo', 'hello world'], shell=True)

b'"hello world"\r\n'

>>> subprocess.check_output(['echo', 'hello world'], universal_newlines=True, shell=True)

'"hello world"\n'

>>> subprocess.check_output('exit 1', shell=True)

Traceback (most recent call last):

……

subprocess.CalledProcessError: Command 'exit 1' returned non-zero exit status 1

>>> 

默认的，该函数会返回编码的字节。实际输出的编码可能依赖被调用的命令。 所以，对于输出text的解码经常需要在应用层处理。可通过设置universal_newlines 为True来覆盖编码行为。

也可以通过使用stderr=subprocess.STDOUT在结果中捕获标准错误。

Eg:

>>> subprocess.check_output(

        'dir non_existent_dir | exit 0',

        stderr=subprocess.STDOUT,

        universal_newlines=True,

        shell=True)

'找不到文件\n'

注意：针对该函数，不要使用stderr=PIPE。因为不是从当前进程中读取管道(pipe)，如果子进程没有生成足够的输出来填充OS的管道缓冲区，可能会阻塞子进程。

subprocess.DEVNULL

可用于Popen函数stdin，stdout或者stderr参数的特定值，表示使用指定文件os.devnull

subprocess.PIPE

可用于Popen函数stdin，stdout或者stderr参数的指特定值，表示必须打开一个指向标准流的管道。

subprocess.STDOUT

可用于Popen函数stdin，stdout或者stderr参数的指特定值，表示标准错误信息必须一起写入同样的句柄，比如标准输出。

exception subprocess.SubprocessError

来自该模块的所有异常的父类。

exception subprocess.TimeoutExpired

SubprocessError的子类，当等待子进程timeout超时抛出

cmd

用于衍生子进程的命令。

timeout

以秒wield单位的超时时间。

output

如果异常由check_output抛出，则存放子进程的输出。否则None

exception subprocess.CalledProcessError

SubprocessError的子类，当check_call() 或check_output()运行的进程退出时，返回非0值时抛出。

returncode

子进程的退出状态

cmd

用于衍生子进程的命令。

output

如果异常由check_output抛出，则存放子进程的输出。否则None

 

2．频繁使用的参数

以下是Popen，call，check_call，check_output等函数最常使用的参数：

args 所有调用的必填参数，参数值为字符串、序列。处于方便，通常更偏向于提供序列。如果传递的是单一字符串，shell参数值必须为True，如果不提供其它任何参数，传递单一字符串的情况下，该字符串必须是需要执行的程序名。

stdin, stdout，stderr分别指明了被执行程序的标准输入，标准输出和标准错误处理文件句柄。可选值PIPE，DEVNULL，已存在文件描述符(一个正整数)，已存在文件对象，None。PIPE表示应该创建通往子进程的管道。DEVNULL表示应该使用指定文件os.devnull。默认参数None则表示无进行重定向，子进程文件句柄从父进程继承。此外，stderr还可以是STDOUT，表明子进程的错误数据应该被放进相同的文件句柄stdout

如果universal_newlines为True，文件对象stdin，stdout，stderr将按universal newlines(Unix 行结束符：'\n',  Windows行结束符：'\r\n')模式，使用locale.getpreferredencoding(false)（函数会根据用户偏好设置，返回使用的文本数据的编码）返回的编码，以文件流的方式打开。

如果shell为True，指定命令将通过shell执行。出于安全考虑，如果命令字符串参数需要通过外部的输入来构成的时候，强烈建议设置shell=False，不然容易造成shell注入之类的，如下

from subprocess import call

if __name__ == '__main__':
dirname = input('which dir would you like to cd in?\n')
    call('cd ' + dirname, shell=True)

运行结果

3． Popen构造器

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=())

在一个新进程中执行子进程。类似在Unix上使用os.execvp()，Windows上使用CreateProcess()函数。

args 参数值为字符串、序列。默认的，如果args是个序列，程序会执行args中第一项。如果args是字符串则根据平台而异，如下所述。无特殊需求，建议传递序列。

注意：可用shlex.split()来判断正确的args分割，特别是复杂的情况

Eg:

>>> import shlex, subprocess

>>> command_line = input()

/bin/vikings -input eggs.txt -output "spam spam.txt" -cmd "echo '$MONEY'"

>>> args = shlex.split(command_line)

>>> print(args)

['/bin/vikings', '-input', 'eggs.txt', '-output', 'spam spam.txt', '-cmd', "echo '$MONEY'"]

>>> subprocess.Popen(args)

在Windows上，如果args为序列，那么将会按照以下规则进行转换为一个字符串，因为后台函数 CreateProcess() 的操作依赖字符串。

1. 参数由空白字符（空格或tab）分隔。
2. 通过双引号标记的字符串被解释为单个参数，不管字符串中是否包含空白字符。
3. \"被当作是字面字符 "，即转义字符
4. 除非\后面跟了双引号，如\"，否则还是被解释为字面字符 \
5. \\被解释为\，\\\"则被解释为一个 \和一个 " 字符

shell参数用于指明是否使用shell作为执行程序。默认False。如果sell为True，则推荐传递字符串参数给args

Unix操作系统上，shell=True，shell默认为/bin/sh。如果args为字符串，则字符串指明了需要通过shell执行的命令。这意味着字符串必须具备准确的格式，正如在shell终端中输入的一样。如果args为序列，则第一项指定命令字符串，其它额外项则被当作额外参数，等同于说

Popen(['/bin/sh', '-c', args[0], args[1], ...])

Windows如果shell=True，COMSPCE环境变量指定了默认的shell。仅在command 命令需通过shell执行，比如dir,copy命令时，使用shell=True。不必要通过设置shell=True，来运行一批处理或者基于控制的可执行程序。

bufsize 当创建stdin/stdout/stderr管道文件对象时，bufsize将作为io.open()函数的对应的参数: 0 - 意味着未缓冲 （means unbuffered (read and write are one system call and can return short)）

1 - 意味着行缓冲（means line buffered）

任意正数 - 使用缓冲，缓冲大小和给定正数大致相等。

任意负数 - 使用缓冲，缓冲大小等于系统自带的o.DEFAULT_BUFFER_SIZE

Executable

executable参数指定了用于执行的替代程序。很少用到。

stdin, stdout 和stderr

分别指定被执行程序的标准输入，标准输出，标准错误文件句柄。合法值为PIPE,DEVNULL，已存在文件描述符（一个正整数），已存在文件对象和None。 PIPE表示应该创建通往子进程的管道。DEVNULL表示应该使用指定文件os.devnull。默认参数None则表示无进行重定向，子进程文件句柄从父进程继承。此外，stderr还可以是STDOUT，表明子进程的错误数据应该被放进相同的文件句柄stdout

preexec_fn

如果preexec_fn 被设置为可调用对象，该对象将在子进程执行之前被执行（仅限Unix）。

close_fds

如果close_fds为True, 所有文件描述符，0，1，2除外都在子进程执行前被关闭（仅限Unix）。 (Unix only). 默认值根据平台而异。Unix平台总是True。Windows平台，当stdin/stdout/stderr为None时，为True，否则为False。Windows平台，如果close_fds为True，那么子进程不会继承任何句柄。

universal_newlines

如果universal_newlines为True，文件对象stdin，stdout，stderr将按universal newlines(Unix 行结束符：'\n',  Windows行结束符：'\r\n')模式，使用locale.getpreferredencoding(false)（函数会根据用户偏好设置，返回使用的文本数据的编码）返回的编码，以文件流的方式打开。

……

可配合with使用，退出时，先关闭标准文件描述符，如下

import subprocess

if __name__ == '__main__':
with subprocess.Popen(['dir'], stdout=subprocess.PIPE, shell=True, universal_newlines = True) as proc:
print(proc.stdout.read())

输出

更多参考官方文档

4．Popen对象

Popen类实例有以下几个方法

Popen.poll()

检测子进程是否中断，设置并返回returncode

Popen.wait(timeout=None)

等待子进程终止，设置并返回returncode。如果进程在timeout（单位 秒）之后依然没终止，则抛出TimeoutExpired 异常，可以捕获该异常并再次尝试等待。

警告

当使用stdout=PIPE and/or stderr=PIPE时，如果子进程生成足够的输出到管道，这会阻止操作系统管道缓冲区接收更多数据，进而造成死锁。为了避免该事件，使用communicate()

Popen.communicate(input=None, timeout=None)

和process交互：发送数据到stdin，从stdout,stderr读取数据，直到文件结束符。等待子进程终止。

input：可选参数，参数值为发送给子进程的数据，如果不需要发送数据，则为None。如果universal_newlines为False，则input数据类型必须为字节，否则可为字符串。

函数返回一个元组(stdoutdata, stderrdata)

注意，如果想发送数据到进程管道，必须在创建Popen对象时使用stdin=PIPE，类似的如果想从结果元组中获取非None值数据，创建Popen对象时需要提供stdout=PIPE and/or stderr=PIPE参数。

如果进程在timeout（单位 秒）之后依然没终止，则抛出TimeoutExpired 异常，(Python3.3.2中发丝。捕获该异常并重试comunicate，不会丢失任何输出。

如果超过timeout,子进程不会被kill掉，所以为了完成交互，恰当的清理友好执行的程序，应该kill子进程。

import subprocess

if __name__ == '__main__':
with subprocess.Popen(['dir'], stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE, shell=True, universal_newlines = True) as proc:
try:
            outs, errs = proc.communicate(timeout=15) #超时时间为15秒
print(outs, errs)
except subprocess.TimeoutExpired:
            proc.kill()
            outs, errs = proc.communicate()
print(outs, errs)

注意：读取的数据缓存在内存，所以如果数据太大或者无限制，不要使用该函数。

Popen.send_signal(signal)

发送signal给子进程

Popen.terminate()

停止子进程。

Popen.kill()

Kill子进程。 Posix操作系统：函数会发送SIGKILL给子进程。Windows，kill()为terminate()别名。

以下为属性：

注意：使用communicate() 而非.stdin.write, .stdout.read 或者.stderr.read以避免死锁。

Popen.stdin

如果stdin参数为PIPE，该属性为给子进程提供输入的文件对象， 否则为None.

Popen.stdout

如果stdin参数为PIPE，该属性为给子进程提供正确输出的文件对象，否则为None.

Popen.stderr

如果stdin参数为PIPE，该属性为给子进程提供错误输出的文件对象，否则为None.

Popen.pid

子进程的ID。

注意：如果设置了shell=True，则该属性值为衍生的shell进程的id

Popen.returncode

子进程返回代码，如果值为None表明进程还没终止。负值-N表示子进程通过signal N终止的(仅限Unix)

Eg:

import sys
import  subprocess

def run_command():
    cmd = [sys.executable, 'py1.py']
    proc = subprocess.Popen(cmd, stdout=subprocess.PIPE, universal_newlines = True, stderr=subprocess.STDOUT)
    outs, errs = proc.communicate()
# print(proc.communicate()) #报错，因为文件已经关闭
print(outs)

if __name__ == '__main__':
    run_command()

运行结果：

注：py1.py和study.py在同一个目录下，内容如下

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

__author__ = 'laiyu'

print('output from py1.py')

5．替换老函数

可用call、Popen替换一些老函数如os.system()，os.spawn家族系列，shell管道等，具体参考官方文档