subprocess与命令执行

subprocess 模块是 Python 2.4+ 引入的，用于替代旧的 os.system、os.popen 等函数。它提供了更强大、更安全的进程创建和管理接口，支持输入输出重定向、管道、超时控制等功能。

基本用法

subprocess.call：执行命令，等待完成，返回退出码

import subprocess

result = subprocess.call(["ls", "-la"])
print result            # 0 表示成功

注意：参数用列表传递，避免 shell 注入。如果传入字符串，需要 shell=True：

# 安全方式（推荐）
subprocess.call(["echo", "hello"])

# 使用 shell（危险，避免用户输入）
subprocess.call("echo hello", shell=True)

subprocess.check_call：执行命令，失败时抛出 CalledProcessError

import subprocess

try:
    subprocess.check_call(["ls", "nonexistent"])
except subprocess.CalledProcessError as e:
    print "Command failed with code:", e.returncode

subprocess.check_output：执行命令，返回输出字符串

import subprocess

output = subprocess.check_output(["echo", "hello"])
print output            # hello\n

# 捕获错误输出
try:
    output = subprocess.check_output(
        ["ls", "nonexistent"],
        stderr=subprocess.STDOUT
    )
except subprocess.CalledProcessError as e:
    print "Error output:", e.output

Popen 类

Popen 提供更灵活的控制：

import subprocess

# 启动进程
process = subprocess.Popen(
    ["python", "-c", "print 'hello'"],
    stdout=subprocess.PIPE,
    stderr=subprocess.PIPE
)

# 等待完成并获取输出
stdout, stderr = process.communicate()
print stdout            # hello\n
print process.returncode    # 0

实时读取输出：

import subprocess

process = subprocess.Popen(
    ["ping", "-c", "4", "example.com"],
    stdout=subprocess.PIPE,
    stderr=subprocess.PIPE
)

# 逐行读取
for line in iter(process.stdout.readline, ''):
    print "Output:", line.strip()

process.wait()

输入输出重定向

import subprocess

# 写入 stdin
process = subprocess.Popen(
    ["cat"],
    stdin=subprocess.PIPE,
    stdout=subprocess.PIPE
)
stdout, _ = process.communicate("hello world")
print stdout            # hello world

# 重定向到文件
with open("output.txt", "w") as f:
    subprocess.call(["echo", "hello"], stdout=f)

# 从文件读取输入
with open("input.txt", "r") as f:
    subprocess.call(["cat"], stdin=f)

管道

import subprocess

# ps aux | grep python
p1 = subprocess.Popen(["ps", "aux"], stdout=subprocess.PIPE)
p2 = subprocess.Popen(["grep", "python"], stdin=p1.stdout, stdout=subprocess.PIPE)
p1.stdout.close()       # 允许 p1 在 p2 退出时接收 SIGPIPE

output = p2.communicate()[0]
print output

超时控制

Python 2.7 的 subprocess 没有内置超时，需要手动实现：

import subprocess
import signal

class TimeoutError(Exception):
    pass

def run_with_timeout(cmd, timeout_sec):
    process = subprocess.Popen(cmd, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
    
    def timeout_handler(signum, frame):
        process.kill()
        raise TimeoutError("Command timed out")
    
    signal.signal(signal.SIGALRM, timeout_handler)
    signal.alarm(timeout_sec)
    
    try:
        stdout, stderr = process.communicate()
        signal.alarm(0)     # 取消定时器
        return stdout, stderr, process.returncode
    except TimeoutError:
        return "", "Timeout", -1

stdout, stderr, code = run_with_timeout(["sleep", "10"], 2)
print code              # -1（超时）

注意：Windows 不支持 signal.SIGALRM，需要其他方式实现超时。

实际应用

执行 Git 命令：

import subprocess

def git_status():
    try:
        output = subprocess.check_output(["git", "status", "--short"])
        return output.strip().split("\n")
    except subprocess.CalledProcessError:
        return []
    except OSError:
        return []       # git 未安装

print git_status()

批量处理文件：

import subprocess
import os

def convert_images(directory):
    for filename in os.listdir(directory):
        if filename.endswith(".png"):
            input_path = os.path.join(directory, filename)
            output_path = input_path.replace(".png", ".jpg")
            
            subprocess.call([
                "convert", input_path, output_path
            ])
            print "Converted:", filename

检查命令是否存在：

import subprocess

def command_exists(cmd):
    try:
        subprocess.call([cmd, "--version"], stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
        return True
    except OSError:
        return False

print command_exists("python")      # True
print command_exists("nonexistent") # False

安全注意事项

永远不要将用户输入直接拼接到 shell 命令中：

# 危险！命令注入
user_input = "; rm -rf /"
subprocess.call("echo " + user_input, shell=True)   # 执行 echo; rm -rf /

# 安全
subprocess.call(["echo", user_input])               # 正确转义

使用列表参数传递时，subprocess 会自动处理转义，避免注入攻击。

与旧 API 的对比

旧 API	subprocess 替代
`os.system(cmd)`	`subprocess.call(cmd, shell=True)`
`os.popen(cmd)`	`subprocess.Popen(cmd, stdout=PIPE)`
`commands.getoutput(cmd)`	`subprocess.check_output(cmd, shell=True)`

subprocess 统一了所有进程调用方式，是 Python 2.7 中执行外部命令的首选。