大家好！在Python的世界里，subprocess模块提供了强大且灵活的方式来创建和管理子进程，让Python 程序能够调用外部程序、执行系统命令。

一、subprocess模块简介

subprocess是Python的标准库，它的设计目标是替代旧有的os.system、os.popen等模块，提供更统一、更强大的子进程管理功能。使用subprocess可以启动外部程序、获取程序执行结果、管理进程的输入输出和错误信息，在自动化脚本、系统管理、程序集成等场景中发挥重要作用。

二、核心函数介绍与案例

1. subprocess.run()：执行命令并等待完成

subprocess.run()是subprocess模块中最常用的函数，用于执行指定的命令，并等待命令执行完毕。它接受args参数（命令及其参数），以及input等可选参数，返回一个CompletedProcess对象，包含命令执行结果信息。

1）. popenargs：指定要执行的命令及参数

popenargs是subprocess.run()中最核心的参数，必须传入，它用于指定要执行的外部命令及其参数。args通常以列表形式传递，列表的第一个元素是命令本身，后续元素为命令的参数。

案例：执行简单命令

import subprocess

# 执行ls命令，获取当前目录下的文件列表
result = subprocess.run(['ls', '-l'], capture_output=True, text=True)
if result.returncode == 0:
    print("命令执行成功，输出如下：")
    print(result.stdout)
else:
    print(f"命令执行失败，错误信息：{result.stderr}")

说明：代码中使用subprocess.run()执行ls -l命令，capture_output=True表示捕获命令的标准输出和标准错误输出，text=True则以文本形式返回输出结果。通过检查returncode判断命令是否执行成功。

2）. stdin、stdout、stderr：控制输入输出和错误流

• stdin：指定子进程的标准输入，可以是文件对象、字节串或字符串（当text=True时）。如果不指定，子进程的标准输入将继承父进程的标准输入。
• stdout：指定子进程的标准输出，常见取值为subprocess.PIPE（用于捕获输出）、文件对象或None（默认继承父进程的标准输出）。
• stderr：指定子进程的标准错误输出，取值和用法与stdout类似。

案例：捕获命令的输出和错误信息

import subprocess
# 执行一个错误的命令，捕获输出和错误
result = subprocess.run(['ls', 'nonexistent_file'], stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE, text=True)
print("标准输出：", result.stdout)
print("标准错误：", result.stderr)

#输出为：
标准输出： 
标准错误： ls: nonexistent_file: No such file or directory

3）. capture_output：快速捕获输出和错误

capture_output是一个布尔值参数，当设置为True时，相当于同时将stdout和stderr设置为subprocess.PIPE，并自动捕获子进程的标准输出和标准错误。

案例：使用capture_output简化代码

import subprocess
# 执行一个错误的命令，捕获输出和错误
result = subprocess.run(['ls', 'nonexistent_file'],capture_output=True, text=True)
print("标准输出：", result.stdout)
print("标准错误：", result.stderr)

4）. shell：使用系统shell执行命令

shell是一个布尔值参数，默认为False。当shell=True时，命令会通过系统的shell（如bash）执行，此时执行命令可以是字符串形式，如下“ls nonexistent_file”。

import subprocess
# 执行一个错误的命令，捕获输出和错误
result = subprocess.run('ls nonexistent_file',shell=True,capture_output=True, text=True)
print("标准输出：", result.stdout)
print("标准错误：", result.stderr)

但这种方式可能会引入安全问题，例如：

import subprocess
user_input = "; rm -rf /" # 恶意输入示例
# 危险操作！可能会删除系统根目录
subprocess.run(f'echo {user_input}', shell=True)

因此，除非必要，否则不建议使用shell=True，若确实需要，可以考虑使用shlex.quote对输入进行转义。

5）. cwd：指定子进程的工作目录

cwd参数用于指定子进程执行时的工作目录。如果不指定，子进程将在父进程的当前工作目录下执行。

案例：在指定目录下执行命令

import subprocess
# 在/tmp目录下执行ls命令
result = subprocess.run(['ls'], cwd='/tmp', capture_output=True, text=True)
print(result.stdout)

6）. timeout：设置命令执行的超时时间

timeout参数用于设置子进程执行的最长时间（单位为秒）。如果子进程在指定时间内未执行完毕，将引发subprocess.TimeoutExpired异常。

案例：设置命令执行超时

import subprocess

try:
    # 执行ping命令，设置超时时间为5秒
    result = subprocess.run(['ping', 'www.baidu.com'], timeout=5, capture_output=True, text=True)
    print(result.stdout)
except subprocess.TimeoutExpired:
    print("命令执行超时！")

7）. check：检查命令执行状态

check是一个布尔值参数，默认为False。当check=True时，如果子进程的返回码不为0，将引发
subprocess.CalledProcessError异常。

案例：检查命令是否执行成功

import subprocess
try:
 # 执行一个可能失败的命令，开启check检查
 result = subprocess.run(['ls','nonexistent_file'], check=True, capture_output=True, text=True)
except subprocess.CalledProcessError:
 print("命令执行失败！")

2. subprocess.Popen()：创建并管理子进程

subprocess.Popen()函数用于创建一个新的子进程，并返回一个Popen对象，通过该对象可以控制子进程的执行、获取输出、与子进程进行交互。

subprocess.Popen()是subprocess模块的底层接口，与run()的主要区别在于：

阻塞 vs 非阻塞：run()是阻塞式的（等待命令执行完毕），而Popen()是非阻塞式的（立即返回进程对象）。

灵活性：Popen()提供更底层的控制，适合需要实时交互或复杂进程管理的场景。

2.1 参数介绍

1）.args：命令及参数（必填）

与run()相同，指定要执行的命令。推荐使用列表形式，避免安全风险。

import subprocess

# 正确写法：列表形式
p = subprocess.Popen(['ls', '-l'], stdout=subprocess.PIPE)

# 危险写法（shell=True）：
# p = subprocess.Popen('ls -l', shell=True)

2）.stdin/stdout/stderr：控制输入输出

与run()类似，但更灵活，支持实时处理流数据。

常见取值：

• subprocess.PIPE：创建管道，用于捕获输出或提供输入。
• 文件对象：将输出 / 输入重定向到文件。
• None（默认）：继承父进程。

案例：实时获取命令输出

import subprocess

# 执行命令并实时获取输出
p = subprocess.Popen(['ping', 'www.baidu.com'], stdout=subprocess.PIPE, text=True)

# 逐行读取输出
for line in iter(p.stdout.readline, ''):
    print(line.strip())

p.wait()  # 等待进程结束

3）.shell：通过shell执行命令（慎用）

与run()的shell参数功能相同，但风险更高。仅在必要时使用，并确保输入经过严格过滤。

# 安全风险示例（切勿在生产环境使用）
user_input = "example.txt; rm -rf /"
subprocess.Popen(f'cat {user_input}', shell=True)

4）.cwd：指定工作目录

与run()的cwd参数功能相同。

import subprocess

# 在/tmp目录下执行命令
p = subprocess.Popen(['ls'], cwd='/tmp', stdout=subprocess.PIPE)
print(p.stdout.read().decode())

5）.env：自定义环境变量

覆盖或添加子进程的环境变量。

import subprocess
import os

# 自定义环境变量
my_env = {**os.environ, 'MY_VAR': 'custom_value'}

p = subprocess.Popen(['printenv', 'MY_VAR'], env=my_env, stdout=subprocess.PIPE)
print(p.stdout.read().decode())  # 输出: custom_value

6）.bufsize：控制缓冲区大小

• -1（默认）：使用系统默认缓冲区大小。
• 0：无缓冲（仅适用于stdin、stdout、stderr为管道时）。
• 1：行缓冲（仅在text=True时有效）。
• >1：指定缓冲区大小（字节）。

# 无缓冲模式，实时获取输出
p = subprocess.Popen(['ls'], stdout=subprocess.PIPE, bufsize=0)

7）.start_new_session（Windows/Linux）

在新会话中启动进程。

# 在Windows或Linux上创建新会话
p = subprocess.Popen(['python', 'script.py'], start_new_session=True)

2.2 一些应用场景
1）. 实时监控命令输出

import subprocess

# 实时监控日志文件
p = subprocess.Popen(['tail', '-f', '/var/log/syslog'], stdout=subprocess.PIPE, text=True)

try:
    for line in iter(p.stdout.readline, ''):
        print(f"日志: {line.strip()}")
except KeyboardInterrupt:
    p.terminate()  # 按Ctrl+C终止监控

2）. 并行执行多个命令

import subprocess
import time

# 并行执行多个命令
commands = [
    ['sleep', '2'],
    ['ls', '-l'],
    ['echo', 'Hello']
]

processes = [subprocess.Popen(cmd) for cmd in commands]

# 等待所有进程结束
for p in processes:
    p.wait()

print("所有命令执行完毕")

3）. 复杂交互场景（如 FTP 客户端）

import subprocess

# 启动交互式FTP客户端
p = subprocess.Popen(['ftp', 'ftp.example.com'], 
                    stdin=subprocess.PIPE, 
                    stdout=subprocess.PIPE,
                    stderr=subprocess.PIPE,
                    text=True)

# 发送登录命令
p.stdin.write('user\n')
p.stdin.write('password\n')
p.stdin.flush()

# 读取响应
output = p.stdout.read(1024)

2.3 Popen对象的其他方法

3. subprocess.check_output()：执行命令并返回输出

subprocess.check_output()函数执行指定命令，若命令执行成功，返回命令的标准输出；若执行失败（返回码非 0），则抛出CalledProcessError异常。

案例：获取系统磁盘空间信息

import subprocess

try:
    result = subprocess.check_output(['df', '-h'], text=True)
    print("磁盘空间信息：")
    print(result)
except subprocess.CalledProcessError as e:
    print(f"命令执行失败，错误码：{e.returncode}，错误信息：{e.output}")

说明：代码执行df -h命令获取磁盘空间信息，若命令执行失败，捕获异常并输出错误信息。

subprocess模块赋予了Python与外部世界交互的强大能力，通过掌握这些核心函数，我们可以在 Python开发中实现更丰富的功能，无论是自动化运维、数据采集，还是程序集成，subprocess都能成为你的得力助手。

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