Python实现subprocess执行外部命令

一、Python执行外部命令

1、subprocess模块简介

subprocess 模块允许我们启动一个新进程，并连接到它们的输入/输出/错误管道，从而获取返回值。

这个模块用来创建和管理子进程。它提供了高层次的接口，用来替换os.system*()、 os.spawn*()、 os.popen*()、os,popen2.*()和commands.*等模块和函数。

subprocess提供了一个名为Popen的类启动和设置子进程的参数，由于这个类比较复杂, subprocess还提供了若干便利的函数，这些函数都是对Popen类的封装。

2、subprocess模块的遍历函数

linux安装ipython

pip3 install ipython

（1）call函数

call函数的定义如下:

subprocess.ca11(args, *, stdin=None, stdout=None, stderr=None, she11=False)
#运行由args参数提供的命令，等待命令执行结束并返回返回码。args参数由字符串形式提供且有多个命令参数时，需要提供shell=True参数

• 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。
• shell：如果该参数为 True，将通过操作系统的 shell 执行指定的命令。

示例代码:

[root@python ~]# ipython      #启动ipython
Python 3.8.1 (default, Mar  9 2020, 12:35:12)
Type 'copyright', 'credits' or 'license' for more information
IPython 7.13.0 -- An enhanced Interactive Python. Type '?' for help.
In [1]: import subprocess                #调用函数                        

In [2]: subprocess.call(['ls','-l'])
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 公共
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 模板
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 视频
drwxr-xr-x.  2 root root     4096 10月 31 22:40 图片
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 文档
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 下载
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 音乐
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 15:27 桌面
Out[2]: 0

In [3]: subprocess.call('exit 1',shell=True)
Out[3]: 1

（2）check_call函数

check_call函数的作用与call函数类似，区别在于异常情况下返回的形式不同。

对于call函数，工程师通过捕获call命令的返回值判断命令是否执行成功，如果成功则返回0，否则的话返回非0，对于check_call函数，如果执行成功，返回0，如果执行失败，抛出subrocess.CalledProcessError异常。如下所示：

In [5]: subprocess.check_call(['ls','-l'])
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 公共
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 模板
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 视频
drwxr-xr-x.  2 root root     4096 10月 31 22:40 图片
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 文档
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 下载
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 23:04 音乐
drwxr-xr-x.  2 root root        6 10月 31 15:27 桌面
Out[5]: 0

In [6]: subprocess.check_call('exit 1',shell=True)
-------------------------------------------------------------
CalledProcessError          Traceback (most recent call last)
<ipython-input-6-5e148d3ce640> in <module>
----> 1 subprocess.check_call('exit 1',shell=True)

/usr/local/python381/lib/python3.8/subprocess.py in check_call(*popenargs, **kwargs)
    362         if cmd is None:
    363             cmd = popenargs[0]
--> 364         raise CalledProcessError(retcode, cmd)
    365     return 0
    366

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

（3）check_output

Python3中的subprocess.check_output函数可以执行一条sh命令，并返回命令的输出内容，用法如下：

In [10]: output = subprocess.check_output(['df','-h'])
In [11]: print(output.decode())
文件系统             容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/mapper/cl-root   17G  5.2G   12G   31% /
devtmpfs             473M     0  473M    0% /dev
tmpfs                489M   92K  489M    1% /dev/shm
tmpfs                489M  7.1M  482M    2% /run
tmpfs                489M     0  489M    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1           1014M  173M  842M   18% /boot
tmpfs                 98M   16K   98M    1% /run/user/42
tmpfs                 98M     0   98M    0% /run/user/0
In [12]: lines = output.decode().split('\n')
In [13]: lines
Out[13]:
['文件系统             容量  已用  可用 已用% 挂载点',
 '/dev/mapper/cl-root   17G  5.2G   12G   31% /',
 'devtmpfs             473M     0  473M    0% /dev',
 'tmpfs                489M   92K  489M    1% /dev/shm',
 'tmpfs                489M  7.1M  482M    2% /run',
 'tmpfs                489M     0  489M    0% /sys/fs/cgroup',
 '/dev/sda1           1014M  173M  842M   18% /boot',
 'tmpfs                 98M   16K   98M    1% /run/user/42',
 'tmpfs                 98M     0   98M    0% /run/user/0',
 '']

In [14]: for line in lines[1:-1]:
    ...:     if line:
    ...:         print(line.split()[-2])
    ...: #截取挂载点数据
31%
0%
1%
2%
0%
18%
1%
0%

在子进程执行命令，以字符串形式返回执行结果的输出。如果子进程退出码不是0，抛出subprocess.CalledProcessError异常，异常的output字段包含错误输出：

In [19]: try:
    ...:     output = subprocess.check_output(['df','-h']).decode()  #正确的
    ...: except subprocess.CalledProcessError as e:
    ...:     output = e.output
    ...:     code = e.returncode
//正确的没有任何输出

In [23]: try:
    ...:     output = subprocess.check_output(['wsd','-h'], stderr=subprocess.STDOUT)
    ...: .decode()                                                   #错误的
    ...: except subprocess.CalledProcessError as e:
    ...:     output = e.output
    ...:     code = e.returncode
    ...:

//前面的错误代码省略
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'wsd'

3、subprocess模块的Popen类（PyCharm）

实际上，我们上面的三个函数都是基于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。

• subprocess模块中基本的进程创建和管理由Popen类来处理
• subprocess.popen是用来替代os.popen的
• 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)

（1）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：

>>> 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
0

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

（2）Popen 对象的属性

<1> p.pid：
子进程的PID。

<2> p.returncode：
该属性表示子进程的返回状态，returncode可能有多重情况：

• None —— 子进程尚未结束；
• ==0 —— 子进程正常退出；
• \> 0—— 子进程异常退出，returncode对应于出错码；
• < 0—— 子进程被信号杀掉了。

<3> p.stdin, p.stdout, p.stderr：
子进程对应的一些初始文件，如果调用Popen()的时候对应的参数是subprocess.PIPE，则这里对应的属性是一个包裹了这个管道的 file 对象。

（3）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。

子进程的PID存储在child.pid

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

（4）子进程的文本流控制
(沿用child子进程) 子进程的标准输入，标准输出和标准错误也可以通过如下属性表示:

• child.stdin
• child.stdout
• child.stderr

我们可以在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):

import subprocess
child1 = subprocess.Popen(["ls","-l"], stdout=subprocess.PIPE)
child2 = subprocess.Popen(["wc"], stdin=child1.stdout,stdout=subprocess.PIPE)
out = child2.communicate()
print(out)

执行结果如下：

(b'      2      11      60\n', None)

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。

要注意的是，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。

我们还可以利用communicate()方法来使用PIPE给子进程输入:

import subprocess
child = subprocess.Popen(["cat"], stdin=subprocess.PIPE)
child.communicate("vamei".encode())

我们启动子进程之后，cat会等待输入，直到我们用communicate()输入"vamei"。

通过使用subprocess包，我们可以运行外部程序。这极大的拓展了Python的功能。如果你已经了解了操作系统的某些应用，你可以从Python中直接调用该应用(而不是完全依赖Python)，并将应用的结果输出给Python，并让Python继续处理。shell的功能(比如利用文本流连接各个应用)，就可以在Python中实现。

4、使用python自动安i装并启动mongodb

PyCharm记得连接linux

简易流程

• Python自动化运维 --> 基于shell命令进行封装
• 编写自动化脚本 --> 用Python语法封装shell命令的执行过程
• python执行shell命令 --> python外部命令
• python函数执行shell命令
• os.system(cmd)：执行cmd指令
• subprocess模块

subprocess.call(['ls','-l'])
subprocess.call('ll' , shell=True)

运行成功: 返回0
运行失败: 返回非0

subprocess. check_call (['ls',  '-l'])
subprocess. check_call ('ll', shell=True)

运行成功: 返回0
运行失败: 返回CalledProcessError

subprocess. check_ output(['cat', 'apache.log'], stderr= subprocess.STDOUT)

运行成功:返回命令的输出结果
运行失败:自定义错误输出stderr

subprocess模块的Popen类

（1）PyCharm创建文件

# coding=utf-8
import subprocess
import os
import shutil
import tarfile

# 执行外部命令的函数
def execute_cmd(cmd):
    '''执行shell命令'''
    p = subprocess.Popen(cmd, shell=True,
                         stdin=subprocess.PIPE,
                         stdout=subprocess.PIPE,
                         stderr=subprocess.PIPE)
    stdout, stderr = p.communicate()
    if p.returncode != 0:
        return p.returncode, stderr
    return p.returncode, stdout

# 解压
def unpackage_mongo(package, package_dir):
    # 获取MongoDB压缩包的主文件名，也就是解压后的目录名称
    # mongodb-linux-x86_64-rhe170-4.2.3
    unpackage_dir = os.path.splitext(package)[0]
    if os.path.exists(unpackage_dir):
        shutil.rmtree(unpackage_dir)
    if os.path.exists(package_dir):
        shutil.rmtree(package_dir)
    # 解压
    try:
        t = tarfile.open(package, 'r:gz')
        t.extractall('.')
        print('tar is ok.')
    except Exception as e:
        print(e)
    # 重命名
    shutil.move(unpackage_dir, 'mongo')

# 创建mongodata
def create_datadir(data_dir):
    if os.path.exists(data_dir):
        shutil.rmtree(data_dir)
    os.mkdir(data_dir)

# 拼接启动MongoDB
def format_mongod_commamd(package_dir, data_dir, logfile):
    # mongo/bin/mongod
    mongod = os.path.join(package_dir, 'bin', 'mongod')
    # mongo/bin/mongod --fork --logpath mongodata/mongod.log --dbpath mongodata
    mongod_format = """{0} --fork --dbpath {1} --logpath {2}"""
    return mongod_format.format(mongod, data_dir, logfile)

# 启动MongoDB
def start_mongod(cmd):
    returncode, out = execute_cmd(cmd)
    if returncode != 0:
        raise SystemExit('execute {0} error:{1}'.format(cmd, out))
    else:
        print('execute {0} successfuly.'.format(cmd))

#入口函数
def main():
    package = 'mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.2.3.tgz'
    cur_dir = os.path.abspath('.')
    package_dir = os.path.join(cur_dir, 'mongo')
    data_dir = os.path.join(cur_dir, 'mongodata')
    logfile = os.path.join(data_dir, 'mongod.log')

    # 判断MongoDB压缩包是否存在
    if not os.path.exists(package):
        raise SystemExit('{0} not found.'.format(package))

    # 解压
    unpackage_mongo(package, package_dir)
    create_datadir(data_dir)

    # 启动mongodb
    start_mongod(format_mongod_commamd(package_dir, data_dir, logfile))

    # 配置环境变量
    os.system('echo "export PATH=./mongo/bin:$PATH" > ~/.bash_profile')
    os.system('source ~/.bash_profile')

    os.system('./mongo/bin/mongo')
main()

• 在这段程序中，我们首先在main函数中定义了几个变量，包括当前目录的路径、MongoDB二进制文件所在的路径、MongoDB数据目录所在的路径，以及MongoDB的日志文件。
• 随后，我们判断MongoDB的安装包是否存在，如果不存在，则通过抛出SystemExit异常的方式结束程序。
• 在unpackage_mongo函数中，我们通过Python程序得到MongoDB安装包解压以后的目录。如果目录已经存在，则删除该目录。随后，我们使用tarfile解MongoDB数据库，解压完成后，将命令重命名为mongo目录。
• 在create_datadir目录中，我们首先判断MongoDB数据库目录是否存在，如果存在，则删除该目录，随后再创建MongoDB数据库目录。
• 在start_mongod函数中， 我们执行MongoDB数据库的启动命令启动MongoDB数据库。为了在Python代码中执行shell命令，我们使用了subprocess库。 我们将subprocess库执行she11命令的逻辑封装成execute_cmd函数，在执行shell命令时，直接调用该函数即可。

（2）将PyCharm中的文件上传到Linux

如果，是直接调用Linux中文件可用：

如果是本地创建：

（3）Linux执行脚本，并测试
记得进入PyCharm与linux连接的目录（目前是/opt）

[root@python opt]# python auto_install_mongodb.py   #执行提前编写好的脚本
tar is ok.
execute /opt/mongo/bin/mongod --fork --dbpath /opt/mongodata --logpath /opt/mongodata/mongod.log successfuly.
[root@python opt]# netstat -anpt | grep mongo       #查看mongo是否启动
tcp        0      0 127.0.0.1:27017         0.0.0.0:*               LISTEN      4616mongod
[root@python opt]# ls                               #查看是否生成mongo目录
01find_cmd.py            bb.bmp     mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.2.3.tgz
aaa.jpg                  cc.png     rh
adc.txt                  mongo      subprocess_demo
auto_install_mongodb.py  mongodata
[root@python opt]# cd mongo
[root@python mongo]# cd bin/
[root@python bin]# ./mongo                          #进入mongo
MongoDB shell version v4.2.3
connecting to: mongodb://127.0.0.1:27017/?compressors=disabled&gssapiServiceName=mongodb
Implicit session: session { "id" : UUID("c302ff50-7e27-40b7-8046-8441af8cb965") }
MongoDB server version: 4.2.3

> show databases;                                  #查看数据库
admin   0.000GB
config  0.000GB
local   0.000GB

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