如何在go中执行shell命令
简介
在开发中我们可能会遇到需要在程序中调用脚本的需求，或者涉及到两个语言之间的交互，笔者之前就遇到了需要在go中调用python的需求，然后在代码中应用了go-python3这个库，实际上在go中调用python的脚本也是一个解决之法。这片文章将介绍在go中运行shell脚本的方法以及对其源码的相应解析。
程序用例
test_command.go
package learn
import (
"fmt"
"os/exec"
"testing"
)
func TestCmd(t *testing.T) {
if o, e := exec.Command("./test.sh", "1", "2").Output(); e != nil {
fmt.Println(e)
} else {
fmt.Println(string(o))
}
}
test.sh
#!/bin/bash
a=$1
b=$2
echo $a
echo $b
上面这个例子的意思是要运行test.sh这个脚本，并且入参是1，2。脚本里面写的东西相对就比较简单了，就是打印这两个入参。其实问题的关键在于exec.Command()这个方法，下面我们来刨根问底，一探究竟。
源码解析
func Command(name string, arg ...string) *Cmd {
cmd := &Cmd{
Path: name,
Args: append([]string{name}, arg...),
}
if filepath.Base(name) == name {
if lp, err := LookPath(name); err != nil {
cmd.lookPathErr = err
} else {
cmd.Path = lp
}
}
return cmd
}
// Base返回path的最后一个元素。
// 在提取最后一个元素之前，将删除尾部的路径分隔符。
// 如果路径为空，Base返回"."。
// 如果路径完全由分隔符组成，Base返回单个分隔符。
func Base(path string) string {
if path == "" {
return "."
}
// Strip trailing slashes.
for len(path) > 0 && os.IsPathSeparator(path[len(path)-1]) {
path = path[0 : len(path)-1]
}
// Throw away volume name
path = path[len(VolumeName(path)):]
// Find the last element
i := len(path) - 1
for i >= 0 && !os.IsPathSeparator(path[i]) {
i--
}
if i >= 0 {
path = path[i+1:]
}
// If empty now, it had only slashes.
if path == "" {
return string(Separator)
}
return path
}
//LookPath在由PATH环境变量命名的目录中搜索一个名为file入参的可执行文件。如果文件包含一个斜线，就会直接尝试，而不参考PATH。其结果可能是一个绝对路径或相对于当前目录的路径。
func LookPath(file string) (string, error) {
if strings.Contains(file, "/") {
err := findExecutable(file)
if err == nil {
return file, nil
}
return "", &Error{file, err}
}
path := os.Getenv("PATH")
for _, dir := range filepath.SplitList(path) {
if dir == "" {
// Unix shell semantics: path element "" means "."
dir = "."
}
path := filepath.Join(dir, file)
if err := findExecutable(path); err == nil {
return path, nil
}
}
return "", &Error{file, ErrNotFound}
}
// 寻找file同名的可执行命令
func findExecutable(file string) error {
d, err := os.Stat(file)
if err != nil {
return err
}
if m := d.Mode(); !m.IsDir() && m&0111 != 0 {
return nil
}
return os.ErrPermission
}
通过上面对exec.Command()源码的分析我们可以得知，这个函数只是寻找与path名字相同的可执行文件并且构建了一个Cmd的对象返回。这里值得注意的是，当我们输入的path如果不是一个可执行的文件的具体路径，那么就会去PATH环境变量中的注册的路径中找寻与path相同名字的命令，如果这个时候没有找到就会报错。
那么接下来我们那看看这个Cmd是何方神圣呢，有什么用，怎么用呢。下面我们看看Cmd这个结构体里都有些什么东西。
// Cmd结构体代表一个准备或正在执行的外部命令
// 一个Cmd的对象不能在Run，Output或者CombinedOutput方法调用之后重复使用。
type Cmd struct {
// Path代表运行命令的路径
// 这个字段是唯一一个需要被赋值的字段，不能是空字符串，
// 并且如果Path是相对路径，那么参照的是Dir这个字段的所指向的目录
Path string
// Args这个字段代表调用命令所需的参数，其中Path在运行命令时以Args[0]的形式存在
// 如果这个参数是空，那个就直接使用Path运行命令
//
// 在较为普遍普遍的场景里面，Path和Args这两个参数在调用命令的时候都会被用到
Args []string
// Env代表执行命令进程的环境变量
// 每个Env数组中的条目都以“key=value”的形式存在
// 如果Env是nil，那边运行命令所创建的进程将使用当前进程的环境变量
// 如果Env中存在重复的key，那么会使用这个key中排在最后一个的值。
// 在Windows中存在特殊的情况, 如果系统中缺失了SYSTEMROOT，或者这个环境变量没有被设置成空字符串，那么它操作都是追加操作。
Env []string
// Dir代表命令的运行路径
// 如果Dir是空字符串，那么命令就会运行在当前进程的运行路径
Dir string
// Stdin代表的是系统的标准输入流
// 如果Stdin是一个*os.File，那么进程的标准输入将被直接连接到该文件。
Stdin io.Reader
// Stdout表示标准输出流
// 如果StdOut是一个*os.File，那么进程的标准输入将被直接连接到该文件。
// 值得注意的是如果StdOut和StdErr是同一个对象，那么同一时间只有一个协程可以调用Writer
Stdout io.Writer
Stderr io.Writer
// ExtraFiles指定由新进程继承的额外开放文件。它不包括标准输入、标准输出或标准错误。如果不为零，第i项成为文件描述符3+i。
// ExtraFiles前面三个元素分别放的是stdin，stdout，stderr
// ExtraFiles在Windows上是不支持的
ExtraFiles []*os.File
SysProcAttr *syscall.SysProcAttr
// 当命令运行之后，Process就是该命令运行所代表的进程
Process *os.Process
// ProcessState包含关于一个退出的进程的信息，在调用Wait或Run后可用。
ProcessState *os.ProcessState
ctx context.Context // ctx可以用来做超时控制
lookPathErr error // 如果在调用LookPath寻找路径的时候出错了，就赋值到这个字段
finished bool // 当Wait被调用了一次之后就会被设置成True，防止被重复调用
childFiles []*os.File
closeAfterStart []io.Closer
closeAfterWait []io.Closer
goroutine []func() error //一系列函数，在调用Satrt开始执行命令的时候会顺带一起执行这些函数。每个函数分配一个goroutine执行
errch chan error // 与上一个字段联合使用，通过这个chan将上面函数执行的结果传到当前goroutine
waitDone chan struct{}
}
上面我们对Cmd这个结构体的一些字段做了解析，可以理解为Cmd就是对一个命令生命周期内的抽象。下面我们来分析Cmd的一下方法，看看他是怎么使用的。
// Run方法开始执行这个命令并等待它运行结束
// 如果命令运行，在复制stdin、stdout和stder时没有问题，并且以零退出状态退出，则返回的错误为nil。
// 如果命令启动但没有成功完成，错误类型为类型为*ExitError。在其他情况下可能会返回其他错误类型。
// 如果调用的goroutine已经用runtime.LockOSThread锁定了操作系统线程，并修改了任何可继承的OS级 线程状态（例如，Linux或Plan 9名称空间），新的 进程将继承调用者的线程状态。
func (c *Cmd) Run() error {
if err := c.Start(); err != nil {
return err
}
return c.Wait()
}
// Start方法启动指定的命令，但不等待它完成。
//
// 如果Start成功返回，c.Process字段将被设置。
//
// 一旦命令运行完成，Wait方法将返回退出代码并释放相关资源。
func (c *Cmd) Start() error {
if c.lookPathErr != nil {
c.closeDescriptors(c.closeAfterStart)
c.closeDescriptors(c.closeAfterWait)
return c.lookPathErr
}
if runtime.GOOS == "windows" {
lp, err := lookExtensions(c.Path, c.Dir)
if err != nil {
c.closeDescriptors(c.closeAfterStart)
c.closeDescriptors(c.closeAfterWait)
return err
}
c.Path = lp
}
if c.Process != nil {
return errors.New("exec: already started")
}
if c.ctx != nil {
select {
case <-c.ctx.Done():
c.closeDescriptors(c.closeAfterStart)
c.closeDescriptors(c.closeAfterWait)
return c.ctx.Err()
default:
}
}
//初始化并填充ExtraFiles
c.childFiles = make([]*os.File, 0, 3+len(c.ExtraFiles))
type F func(*Cmd) (*os.File, error)
//在这里会调用stdin，stdout和stderr方法，如果Cmd的StdIn，StdOut，StdErr不是nil，就会将相关的copy任务封装成func放在goroutine字段中，等待在Start方法执行的时候调用。
for _, setupFd := range []F{(*Cmd).stdin, (*Cmd).stdout, (*Cmd).stderr} {
fd, err := setupFd(c)
if err != nil {
c.closeDescriptors(c.closeAfterStart)
c.closeDescriptors(c.closeAfterWait)
return err
}
c.childFiles = append(c.childFiles, fd)
}
c.childFiles = append(c.childFiles, c.ExtraFiles...)
// 如果cmd的Env没有赋值，那么就用当前进程的环境变量
envv, err := c.envv()
if err != nil {
return err
}
// 会用这个命令启动一个新的进程
// 在Linux的系统上，底层是调用了Frok来创建另一个进程，由于文章篇幅有限，就不对此处进行详细分析了，详情可看延伸阅读
c.Process, err = os.StartProcess(c.Path, c.argv(), &os.ProcAttr{
Dir: c.Dir,
Files: c.childFiles,
Env: addCriticalEnv(dedupEnv(envv)),
Sys: c.SysProcAttr,
})
if err != nil {
c.closeDescriptors(c.closeAfterStart)
c.closeDescriptors(c.closeAfterWait)
return err
}
c.closeDescriptors(c.closeAfterStart)
// 除非有goroutine要启动，否则不会申请Chan
if len(c.goroutine) > 0 {
c.errch = make(chan error, len(c.goroutine))
for _, fn := range c.goroutine {
go func(fn func() error) {
c.errch <- fn()
}(fn)
}
}
// 超时控制
if c.ctx != nil {
c.waitDone = make(chan struct{})
go func() {
select {
case <-c.ctx.Done(): //如果超时了，就Kill掉执行命令的进程
c.Process.Kill()
case <-c.waitDone:
}
}()
}
return nil
}
func (c *Cmd) stdin() (f *os.File, err error) {
if c.Stdin == nil {
f, err = os.Open(os.DevNull)
if err != nil {
return
}
c.closeAfterStart = append(c.closeAfterStart, f)
return
}
if f, ok := c.Stdin.(*os.File); ok {
return f, nil
}
//Pipe返回一对相连的Files；从r读出的数据返回写到w的字节。
pr, pw, err := os.Pipe()
if err != nil {
return
}
c.closeAfterStart = append(c.closeAfterStart, pr)
c.closeAfterWait = append(c.closeAfterWait, pw)
//将相关的任务添加到goroutine中
c.goroutine = append(c.goroutine, func() error {
_, err := io.Copy(pw, c.Stdin)
if skip := skipStdinCopyError; skip != nil && skip(err) {
err = nil
}
if err1 := pw.Close(); err == nil {
err = err1
}
return err
})
return pr, nil
}
func (c *Cmd) stdout() (f *os.File, err error) {
return c.writerDescriptor(c.Stdout)
}
func (c *Cmd) stderr() (f *os.File, err error) {
if c.Stderr != nil && interfaceEqual(c.Stderr, c.Stdout) {
return c.childFiles[1], nil
}
return c.writerDescriptor(c.Stderr)
}
func (c *Cmd) writerDescriptor(w io.Writer) (f *os.File, err error) {
if w == nil {
f, err = os.OpenFile(os.DevNull, os.O_WRONLY, 0)
if err != nil {
return
}
c.closeAfterStart = append(c.closeAfterStart, f)
return
}
if f, ok := w.(*os.File); ok {
return f, nil
}
pr, pw, err := os.Pipe()
if err != nil {
return
}
c.closeAfterStart = append(c.closeAfterStart, pw)
c.closeAfterWait = append(c.closeAfterWait, pr)
//将相关的任务添加到goroutine中
c.goroutine = append(c.goroutine, func() error {
_, err := io.Copy(w, pr)
pr.Close() // in case io.Copy stopped due to write error
return err
})
return pw, nil
}
// 等待命令退出，并等待任何复制到stdin或从stdout或stderr复制的完成。
// 在调用Wait之前，Start方法必须被调用
// 如果命令运行，在复制stdin、stdout和stder时没有问题，并且以零退出状态退出，则返回的错误为nil。
// 如果命令运行失败或没有成功完成，错误类型为*ExitError。对于I/O问题可能会返回其他错误类型。
// 如果c.Stdin、c.Stdout或c.Stderr中的任何一个不是*os.File，Wait也会等待各自的I/O循环复制到进程中或从进程中复制出来
//
// Wait释放与Cmd相关的任何资源。
func (c *Cmd) Wait() error {
if c.Process == nil {
return errors.New("exec: not started")
}
if c.finished {
return errors.New("exec: Wait was already called")
}
c.finished = true
//等待进程运行完毕并退出
state, err := c.Process.Wait()
if c.waitDone != nil {
close(c.waitDone)
}
c.ProcessState = state
//检查goroutine字段上面的函数运行有没有错误
var copyError error
for range c.goroutine {
if err := <-c.errch; err != nil && copyError == nil {
copyError = err
}
}
c.closeDescriptors(c.closeAfterWait)
if err != nil {
return err
} else if !state.Success() {
return &ExitError{ProcessState: state}
}
return copyError
}
// 输出运行该命令并返回其标准输出。
// 任何返回的错误通常都是*ExitError类型的。
// OutPut实际上是封装了命令的执行流程并且制定了命令的输出流
func (c *Cmd) Output() ([]byte, error) {
if c.Stdout != nil {
return nil, errors.New("exec: Stdout already set")
}
var stdout bytes.Buffer
c.Stdout = &stdout
captureErr := c.Stderr == nil
if captureErr {
c.Stderr = &prefixSuffixSaver{N: 32 << 10}
}
err := c.Run()
if err != nil && captureErr {
if ee, ok := err.(*ExitError); ok {
ee.Stderr = c.Stderr.(*prefixSuffixSaver).Bytes()
}
}
return stdout.Bytes(), err
}
在上面的方法分析之中我们可以看出运行一个命令的流程是Run-> Start->Wait,等待命令运行完成。并且在Start的时候会起来一个新的进程来执行命令。基于上面我们对Cmd的一顿分析，笔者感觉在文章开头写的测试代码实在是乏善可陈，因为Cmd封装了挺多东西的，我们在工作中完全可以充分利用他封装的功能，比如设置超时时间，设置标准输入流或者标准输出流，还可以定制化设置这个命令执行的环境变量等等。。。。
延伸阅读
- 关于fork和exec：https://www.cnblogs.com/hicjiajia/archive/2011/01/20/1940154.html