Python执行外部命令（subprocess，call，Popen）
一、Python执行外部命令<1>
<2>
<3>
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:
[ ~]# 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）
[ 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.
[ 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
[ 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
[ opt]# cd mongo
[ mongo]# cd bin/
[ 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