Python 3.x 中如何使用subprocess模块进行子进程管理

1. 前言

在Python编程中，子进程是一个非常重要的概念。它允许我们启动并行任务，执行外部命令，和在多个CPU核心上运行代码等等。在Python 标准库中，有一个名为subprocess模块，它允许我们在Python中控制新的子进程，以及与这些进程之间进行通信。在本文中，我们将介绍如何使用subprocess模块在Python 3.x中进行子进程管理。

2. 使用subprocess进行基本的进程管理

2.1 subprocess的基本用法

使用 subprocess 来启动一个新的进程是非常简单的。我们只需调用 subprocess.run() 并指定命令，就能启动一个新的进程。例如，下面的代码会创建一个新的进程并执行一个简单的命令：

import subprocess

subprocess.run("ls")

在这个例子中，ls 命令被执行，它会列出当前目录下的所有文件和文件夹。

2.2 使用参数和标志

通常，我们并不会直接运行一个简单的命令。相反，我们会传递参数和标志来实现所需的功能。下面的代码演示了如何在命令中传递参数和标志：

import subprocess

subprocess.run(["ls", "-l"])

在这个例子中，我们使用了一个包含两个元素的列表，列表的第一个元素是命令，第二个元素是一个标志。该命令输出的内容将像ls命令传递了"-l"标志一样，包括更多的详细信息。

2.3 使用stdin、stdout和stderr

当我们与外部进程进行通信时，我们可能需要使用stdin、stdout和stderr。stdin代表标准输入，stdout代表标准输出，stderr代表标准错误。下面的代码演示了如何使用这些流对象来执行一条新的命令：

import subprocess

proc = subprocess.run(["echo", "Hello, world!"], stdout=subprocess.PIPE)
print(proc.stdout.decode())

在这个例子中，我们使用了标准输出来获取命令的输出结果。我们将stdout 参数设置为 subprocess.PIPE，以便 subprocess 捕获命令的输出。然后，我们使用 proc.stdout.decode() 将命令的输出转换为字符串，并打印它。

3. 使用Popen类进行高级进程管理

3.1 使用Popen类

subprocess模块还提供了一个名为Popen 的类，它提供了更多的进程控制选项。下面的代码演示了如何使用 Popen 类来启动一个新的进程：

import subprocess

proc = subprocess.Popen(["ls", "-l"])
proc.wait()

在这个例子中，我们使用 Popen 类来启动一个新的进程并指定命令。我们还调用了 proc.wait() 等待该进程完成。

3.2 在后台运行进程

默认情况下，Popen 类会等待子进程完成后才返回。但我们也可以使用 Popen 类在后台运行进程。在这种情况下，我们不需要等待进程完成，而是可以继续运行我们的Python代码。下面的代码演示了如何在后台运行一个新的进程：

import subprocess

proc = subprocess.Popen(["ls", "-l"])
print("后台进程开始")
# Do other stuff here...
proc.poll()
print("后台进程完成")

在这个例子中，我们创建了一个新的进程并在后台运行它。我们调用了 proc.poll() 来检查进程是否已完成。

3.3 与进程进行交互

Popen 类还允许我们与进程进行交互，并读取或写入stdin、stdout和stderr。下面的代码演示了如何使用Popen类来启动一个新的进程、写入标准输入、读取标准输出，并等待进程完成：

import subprocess

proc = subprocess.Popen(["cat"], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE)
# Write input to process
proc.stdin.write("Hello, world!\n".encode())
proc.stdin.flush()
# Read output from process
output = proc.stdout.readline().decode()
# Wait for process to complete
proc.wait()
print(output)

在这个例子中，我们创建了一个新的进程 cat 并将 stdin 参数设置为 subprocess.PIPE，这样我们就可以向进程写入输入。然后，我们向进程写入了“Hello, world!”字符串，并调用了 stdin.flush() 以确保所有输入都已发送。接着，我们从进程的 stdout 中读取了一行输出，并将其打印出来。

4. 总结

在本文中，我们介绍了如何使用Python的subprocess模块在Python 3.x中进行子进程管理。我们了解了如何使用基本的subprocess.run()函数来执行命令，如何使用Popen类来控制进程的生命周期，如何使用stdin、stdout和stderr来与进程通信，以及如何在后台运行进程。当您编写需要调用外部命令的Python代码时，这些技巧将非常有用。