一、背景

我们日常测试中存在大量重复的造数操作，且流程较长，为了提升测试效率，我们搭建了数据构造平台。平台采用了前端 + 脚本分离的形式，数据构造脚本独立存在，页面和脚本的关联关系通过页面配置进行绑定。页面配置中，包含了脚本的路径以及启动命令，因此，运行脚本的时候需要在服务器上启动子进程中去执行脚本命令。为了能够了解脚本的执行情况，还需要获取脚本的执行状态以及执行日志。平台后端语言是 Python，因此，选择了 Python 中的 subprocess 模块，本文重点阐述 subprocess 模块在项目实战中遇到的问题以及解决方案。

本文涉及的程序执行环境如下：
Python 版本：3.8.3
操作系统：windows server

二、subprocess 模块基础

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。subprocess 模块首先推荐使用的是它的 run 方法，更高级的用法可以直接使用 Popen 接口。

1. subprocess.run 方法
subprocess.run() 方法是 3.5 版本新增的，用于可以接受等待进程执行结束后获取返回值的场景，如果可以满足使用需求，官方推荐使用 run() 方法。
subprocess.run() 的执行过程是同步的，脚本执行结束之前是阻塞的，只有脚本结束之后才会返回 subprocess.CompletedProcess 对象。

2. subprocess.Popen 方法
subprocess.Popen() 是 subprocess 的核心，子进程的创建和管理都靠它处理。Popen() 相当于 run() 的高级版本，更加灵活，使开发人员能够处理 run() 方法未涵盖的更丰富的场景。subprocess.Popen() 是异步的，进程启动以后，我们可以通过预先指定好的 stdout 和 stderr 来实时读取到子进程的输出。

subprocess.Popen（）常用参数介绍：
args：shell命令，可以是字符串或者序列类型（如：list，元组）
stdin, stdout, stderr：分别表示程序的标准输入、输出、错误句柄
shell：如果该参数为 True，将通过操作系统的 shell 执行指定的命令，args只能是String类型的参数；该参数为False，args可以是序列类型。

Popen 对象常用方法：
poll(): 检查进程是否终止，如果终止返回 returncode，否则返回 None,项目中通过该方法返回判断进程是否执行结束。
wait(timeout): 等待子进程终止，如果进程执行时间较长，可以使用该方法来保证进程执行完整。
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。

3. run 与 Popen 的同步/异步对比实验
Run() 和 Popen() 同步/异步的简单对比如下：

从执行结果可以看出，Popen 在子进程执行过程中就可以获取到日志，run 需要等待进程执行完成才能获取到日志。如果需要执行的命令耗时很短，可以选择 run 方法。因为我们的数据构造流程通常比较长，需要实时获取日志，所以选择了 Popen。

三、遇到的问题与解决方案

在使用 Popen 的过程中也遇到了一些问题，下面将具体介绍一下遇到的问题以及解决方案。

1. 如何保证获取到完整的进程执行日志
subprocess.Popen() 可以获取到执行过程中的日志了，那我们如何保证进程日志获取的完整性呢？我们来看下具体方案：
方案一：这是我们最开始采用的方案。通过获取方法 poll() 返回的状态码来检查进程是否终止。如果终止，返回 returncode，否则返回 None，代码如下：

该方案在使用的过程中存在问题。当子程序已经执行完毕，日志还没有获取完整，会出现日志接收不全的情况。为了解决这种问题，保证日志的完整性，我们选择通过判断日志是否读取完毕作为判断依据，详细参见方案二。
方案二：通过判断日志是否读取完毕保证日志完整性。代码如下：

这种方法看似解决了日志不全的问题，但是存在着一定的风险。日志为 None 无法有效保证子进程执行结束（虽然经过多方实践，暂时没有发现日志为 None 但脚本未执行结束的情况）。为了安全起见，我们还是需要兼顾一下进程的执行状态，具体参见方案三。
方案三：通过判断 poll() 返回状态和日志返回值，也就是说，程序状态结束且返回对象为空，才表示子进程已经执行结束，并且获取到了完整的日志，代码如下：

该方案已经比较完善了，通过子进程执行结束并且执行日志为 None，保证执行日志的完整性。美中不足的是，日志信息可能会比实际的多一些，当输出先读取完毕，子进程还没有结束，我们会获取到一部分空行，为了日志的美观度，我们可以进一步优化，获取日志的时候，过滤掉空行，代码如下：

通过判断输出流和进程的执行状态，完美的解决了上面的问题，保证了日志的完整性与正确性。

1. 如何保证脚本进程正常终止 当脚本执行以后，我们可能会因为某些原因想终止脚本的运行，如参数错误等。 在我们项目代码中，使用 Popen.terminate() 去终止进程的时候，发现命令只终止了父进程，唤起的子进程仍然在执行。 为了找到原因，先看一下项目中创建 Popen 的代码：

参数介绍的时候提到过，shell 为 True 或 False 时，command 的类型是有要求的。因为我们 command 传值是 String 类型，参数 shell 只能设置为 True。当 shell=True 的时，程序会创建一个 shell 进程，command 是 shell 进程的子进程。
我们再来看下 Popen.terminate() 做了什么？官方的说明如下：

Stop the child. On POSIX OSs the method sends SIGTERM to the child. On Windows the Win32 API function TerminateProcess()is called to stop the child

也就是说，在 POSIX 系统中，该方法会发送 SIGTERM 信号给子进程；在 Windows 系统中，该方法会调用 Win32 提供的 API TerminateProcess() 方法。
原因很清晰了，当 shell=True 的时候，发送 SIGTERM 能够杀死 shell 进程，但是无法杀死它的子进程（command）；windows 系统中同理，TerminateProcess() 杀死了 shell 进程，却没有杀死它的子进程（command）。

解决方案如下：
方案一：比较优雅的方式，创建 Popen 对象时，将参数 shell 设为 False。实践发现，当 shell=False 的时候，Popen.terminate() 方法的执行结果是符合预期的；

subprocess.Popen(command, shell=False)

前面提到过，因为 command 格式问题，在我们项目中，shell 只能设置为 True，所以我们又探索了新的解决方案。
方案二：手动终止进程。使用第三方工具包 psutil，获取全部的子进程并逐一杀掉，该方法在 Linux 和 windows 平台通用。代码见下图。

在 windows 服务器下，还可以用以下命令：
taskkill /t /f /pid {pid}，强制杀掉指定进程以及它的子进程。
windows 平台的方案无需第三方依赖，所以我们项目中选择了该方案，项目代码如下：

以上就是 Python 中的 subprocess 模块在我们项目实践中遇到的问题以及解决方案，希望可以给大家提供一些使用思路以及规避掉一系列问题。