Pythonで外部コマンドを自由自在に操りたいですか？この記事では、subprocessモジュールの使い方を初心者にもわかりやすく解説します。
サンプルコードを豊富に掲載しているので、実際に手を動かしながら理解を深められます。
この記事を読めば、Pythonから外部コマンドを実行し、様々な処理を自動化できるようになります。
ぜひ最後まで読んで、あなたのPythonスキルをレベルアップさせましょう！
この記事でわかることは以下のとおりです。
- subprocessモジュールの基本的な使い方
- 標準出力、標準エラー出力、終了コードの取得方法
- サンプルコードを使った具体的なコマンド実行例
- エラー処理とセキュリティ対策のポイント
Python subprocessとは
subprocessモジュールは、Pythonから新たなプロセスを立ち上げ、外部コマンドを実行するための標準ライブラリです。
これを使うことで、PythonスクリプトからOSのコマンドや他の実行ファイルを呼び出し、その結果を受け取るといった操作が可能になります。
外部コマンド実行の標準ライブラリ
Pythonで外部コマンドを実行する方法はいくつかありますが、現在ではsubprocessモジュールが推奨されています。
以前はos.systemやcommandsといったモジュールも使われていましたが、機能や柔軟性の面でsubprocessモジュールが優れているからです。
subprocessモジュールは、外部プロセスとの連携に必要な機能が豊富に揃っています。
commandsモジュールとの違い
以前使われていたcommandsモジュールは、現在ではメンテナンスが終了しており、将来的に廃止される予定です。
そのため、新しくコードを書く場合は、迷わずsubprocessモジュールを使用しましょう。
subprocessモジュールは、commandsモジュールに比べて機能が豊富で、より柔軟な制御が可能です。
subprocessでできること
subprocessモジュールを使うと、Pythonから様々なことができます。
- OSのコマンドを実行し、その結果を取得する
- 他のプログラムを実行する
- 複数のコマンドをパイプで接続する
- コマンドの入出力を制御する
具体的には、以下のようなことが可能です。
| できること | 説明 |
|---|---|
| ファイル操作 | ファイルの作成、削除、コピーなど |
| ネットワーク操作 | ネットワーク接続の確立、データの送受信など |
| システム管理 | プロセスの起動、停止、監視など |
例えば、画像処理ソフトを呼び出して画像を加工したり、ネットワークコマンドを実行してサーバーの状態を確認したりできます。
subprocessモジュールをマスターすることで、Pythonでの開発がより効率的になるでしょう。
subprocessの基本
Pythonで外部コマンドを実行したいなら、subprocessモジュールがおすすめです！subprocessモジュールを使えば、PythonプログラムからOSのコマンドや他のプログラムを実行できます。
subprocessモジュールを使いこなして、Pythonスキルをレベルアップさせましょう！
Pythonで外部コマンドを実行するために、subprocessモジュールは重要な役割を果たします。
subprocessモジュールを使うことで、Pythonスクリプトから直接システムコマンドを実行したり、他のプログラムを起動したりできます。
外部コマンドの実行、入出力パイプの接続、終了コードの取得などが可能です。
subprocess.run()
subprocess.run()は、subprocessモジュールで最も推奨されるコマンド実行方法です。
引数として与えられたコマンドを実行し、その完了を待ちます。
実行結果はCompletedProcessインスタンスとして返されます。
CompletedProcessインスタンスには、実行したコマンド、終了コード、標準出力、標準エラー出力などが含まれています。
例えば、subprocess.run([‘ls’, ‘-l’])と記述することで、Linux環境でファイルのリストを表示するls -lコマンドを実行できます。
Windows環境であれば、subprocess.run([‘dir’])で同様の操作が可能です。
capture_output=Trueを指定すると、コマンドの実行結果を文字列として取得できます。
エラーが発生した場合は、check=Trueを指定することでCalledProcessError例外が発生し、エラー処理も可能です。
Popenオブジェクト
subprocess.Popen()は、より高度な使い方をしたい場合に役立つ下層インターフェースです。
subprocess.run()とは異なり、Popenオブジェクトは新しいプロセスを起動するとすぐに制御を返します。
そのため、非同期処理や並列処理を実装する際に便利です。
Popenオブジェクトを使用すると、プロセスの標準入力、標準出力、標準エラー出力をパイプで接続したり、環境変数を設定したりするなど、より詳細な制御が可能です。
例えば、複数のコマンドをパイプで連結して実行したり、バックグラウンドで長時間実行されるプロセスを管理したりする際に役立ちます。
標準出力と標準エラー出力
subprocessモジュールでは、コマンドの実行結果として標準出力と標準エラー出力を取得できます。
標準出力は、コマンドが正常に実行された場合の出力であり、標準エラー出力は、エラーが発生した場合の出力です。
subprocess.run()でcapture_output=Trueを指定すると、これらの出力を取得できます。
標準出力と標準エラー出力を適切に処理することで、コマンドの実行結果を詳細に分析したり、エラーが発生した場合に適切な対処を行ったりできます。
例えば、ログファイルに書き込んだり、特定の条件に基づいて処理を分岐させたりすることが可能です。
終了コード
subprocessモジュールで実行したコマンドの終了コードは、コマンドが正常に完了したかどうかを示す重要な情報です。
終了コードが0の場合は、コマンドが正常に完了したことを意味し、0以外の値の場合は、エラーが発生したことを意味します。
subprocess.run()で返されるCompletedProcessインスタンスのreturncode属性を確認することで、終了コードを取得できます。
check=Trueを指定した場合は、終了コードが0以外の場合にCalledProcessError例外が発生し、エラー処理を強制できます。
終了コードを適切に処理することで、コマンドの実行結果を正確に判断し、エラーが発生した場合に適切な対処を行えます。
タイムアウト設定
subprocessモジュールでは、コマンドの実行にタイムアウトを設定できます。
subprocess.run()のtimeout引数に秒数を指定することで、コマンドが指定された時間内に完了しない場合にTimeoutExpired例外が発生します。
タイムアウトを設定することで、無限ループやハングアップなどの問題が発生した場合に、プログラムが停止してしまうのを防ぐことができます。
特に、外部コマンドの実行時間が予測できない場合や、ネットワーク経由でコマンドを実行する場合に有効です。
サンプルコード
ls -l コマンド（ファイル一覧表示）
ファイルの一覧を表示するには、ls -lコマンドを使用します。
subprocess.run()関数を使うことで、Pythonからこのコマンドを実行できます。
実行結果の例を以下に示します。
| 項目 | 説明 |
|---|---|
| 実行コマンド | ls -l |
| 使用関数 | subprocess.run() |
| 引数 | [‘ls’, ‘-l’] |
| capture_output | Trueに設定すると、コマンドの標準出力と標準エラー出力をキャプチャします |
| text | Trueに設定すると、キャプチャした出力をテキスト形式で扱います。Falseの場合はバイト形式になります |
| 出力例 | ファイルの種類、パーミッション、所有者、グループ、サイズ、最終更新日時、ファイル名が表示される。「合計」という行は、ディスクの使用ブロック数を示します |
| returncode | コマンドの終了ステータス。0は成功、0以外はエラーを表します |
ls -lコマンドを実行すると、ファイルの詳細な情報が得られるため、ファイル管理やスクリプト作成に役立ちます。
たまに実行時のディレクトリによって結果が変わることもあるので、注意が必要です。
echo Hello, World!（文字列出力）
文字列を出力するには、echoコマンドを使用します。
「Hello, World!」と出力する例を見ていきましょう。
以下に具体的なコードと実行結果を示します。
| 項目 | 説明 |
|---|---|
| 実行コマンド | echo Hello, World! |
| 使用関数 | subprocess.run() |
| 引数 | [‘echo’, ‘Hello, World!’] |
| capture_output | True |
| text | True |
| 出力例 | Hello, World! |
| returncode | 0 |
echoコマンドは、指定した文字列を標準出力に出力するシンプルなコマンドです。
プログラミングの学習を始めたばかりの頃によく使うコマンドをPythonから実行できるのは面白いですよね。
grep 検索（文字列検索）
ファイルから特定の文字列を検索するには、grepコマンドを使用します。
grepは、ファイル内からパターンに一致する行を抽出する強力なツールです。
| 項目 | 説明 |
|---|---|
| 実行コマンド | grep 検索したい文字列 ファイル名 |
| 使用関数 | subprocess.run() |
| 引数 | [‘grep’, ‘検索したい文字列’, ‘ファイル名’] |
| capture_output | True |
| text | True |
| 出力例 | 検索に一致した行 |
| returncode | 0（一致する行があった場合）、1（なかった場合） |
grepコマンドをsubprocessから使うことで、Pythonスクリプト内で特定のパターンを持つ行を効率的に検索できます。
grepの結果をさらに処理することで、ログ分析やデータ抽出などの応用も可能です。
複数コマンド実行（パイプ処理）
複数のコマンドを組み合わせて実行するには、パイプ処理を利用します。
パイプ処理を使うと、あるコマンドの出力を別のコマンドの入力として使用できます。
| 項目 | 説明 |
|---|---|
| 実行コマンド | コマンド1 |
| 使用関数 | subprocess.run() |
| 引数 | [‘コマンド1’, ‘ |
| shell | True に設定 |
| capture_output | True |
| text | True |
| 出力例 | コマンド1の出力がコマンド2に入力され、その結果が出力される |
| returncode | 最後のコマンドの終了コード |
例えば、ls -lコマンドの結果をgrepコマンドでフィルタリングすることで、特定のファイルだけを抽出できます。
shell=Trueとすることで、シェルを介してコマンドを実行し、パイプ処理を可能にします。
ファイルリダイレクト
コマンドの出力結果をファイルに書き出すには、リダイレクトを使用します。
リダイレクトを使うことで、コマンドの実行結果をファイルに保存したり、ファイルの内容をコマンドの入力として使用したりできます。
以下は、echoコマンドの出力をファイルにリダイレクトする例です。
| 項目 | 説明 |
|---|---|
| 実行コマンド | echo “Hello, World!” > output.txt |
| 使用関数 | subprocess.run() |
| 引数 | [‘echo’, ‘Hello, World! > output.txt’] |
| shell | True に設定 |
| capture_output | True |
| text | True |
| 出力例 | なし（output.txt ファイルに “Hello, World!” が書き込まれる） |
| returncode | 0 |
この例では、echoコマンドの出力がoutput.txtというファイルにリダイレクトされます。
リダイレクトを使うことで、コマンドの出力をファイルに保存し、後で利用できます。
ファイル操作は、自動化スクリプトで非常に役立ちます。
エラー処理とセキュリティ
Pythonで外部コマンドを実行するsubprocessモジュールは便利ですが、エラー処理とセキュリティ対策を怠ると、予期せぬ問題やセキュリティリスクに繋がる可能性があります。
ここでは、subprocessモジュール利用時のエラー処理とセキュリティ対策について解説します。
例外処理
subprocess.run()関数でcheck=Trueを指定すると、コマンドが正常に実行されなかった場合にsubprocess.CalledProcessError例外が発生します。
この例外をtry…except構文でキャッチすることで、エラー発生時の処理を記述できます。
import subprocess
try:
subprocess.run(['存在しないコマンド'], check=True, capture_output=True, text=True)
except subprocess.CalledProcessError as e:
print(f"エラーが発生しました: {e}")
print(f"終了コード: {e.returncode}")
print(f"標準エラー出力: {e.stderr}")例外処理を適切に行うことで、プログラムの安定性を高められます。
コマンドインジェクション対策
subprocessモジュールでshell=Trueを使用すると、コマンドインジェクションというセキュリティ上の脆弱性が生まれるかもしれません。
コマンドインジェクションとは、ユーザーからの入力値をそのままコマンドに組み込むことで、攻撃者が意図しないコマンドを実行できてしまうかもしれない攻撃手法です。
例えば、以下のようなコードがあったとします。
import subprocess
filename = input("ファイル名を入力してください: ")
try:
subprocess.run(f'ls -l {filename}', shell=True, check=True)
except subprocess.CalledProcessError as e:
print(f"エラーが発生しました: {e}")
print(f"終了コード: {e.returncode}")この場合、ユーザーが「; rm -rf /」のような悪意のあるファイル名を入力すると、lsコマンドの後にrmコマンドが実行され、システムに深刻な被害を与える可能性があります。
shlex.quote()
コマンドインジェクションを防ぐためには、shlex.quote()関数を使用して、ユーザーからの入力値をエスケープ処理する必要があります。
shlex.quote()関数は、文字列を安全にクォートし、シェルによる解釈を防ぎます。
import subprocess
import shlex
filename = input("ファイル名を入力してください: ")
# ファイル名を安全にする
safe_filename = shlex.quote(filename)
# shell=Trueを使用してコマンドを文字列として渡す
subprocess.run(f'ls -l {safe_filename}', shell=True)shlex.quote()を使用することで、悪意のある入力値がコマンドとして実行されるのを防ぎ、セキュリティリスクを軽減できます。
危険な引数
subprocess.run()関数の引数に直接ユーザーからの入力値を含めることも、コマンドインジェクションのリスクを高める行為です。
例えば、以下のようなコードは危険です。
import subprocess
import shlex
command = input("実行するコマンドを入力してください: ")
# コマンドをリスト形式に分割
args = shlex.split(command)
# コマンドを実行
subprocess.run(args)この場合、ユーザーが入力したコマンドがそのまま実行されるため、攻撃者は任意のコマンドを実行できてしまいます。
安全なコードにするには、コマンドと引数をリスト形式で指定し、shell=Falseで使用してください。
import subprocess
import shlex
command = input("実行するコマンドを入力してください: ")
# コマンドをリスト形式に分割
args = shlex.split(command)
# コマンドを実行
subprocess.run(args, shell=False)subprocessモジュールを使う際は、以下の点に注意して、セキュリティ対策を徹底することが大切です。
| 対策 | 説明 |
|---|---|
| shell=Trueを避ける | セキュリティリスクを理解した上で、必要最低限に留める |
| shlex.quote()でエスケープ処理 | ユーザーからの入力値をコマンドに組み込む場合は必須 |
| 引数に注意 | 直接ユーザーからの入力値を渡さない |
セキュリティ対策をしっかりと行うことで、安全にsubprocessモジュールを活用できます。
応用例とユースケース
subprocessモジュールは、Pythonから外部コマンドを実行するための機能を提供し、自動化スクリプト、システム管理、ログ解析など、さまざまな分野で活用されています。
モジュールを使うことで、Pythonだけでは実現できない処理も可能になり、開発の幅を広げられます。
自動化スクリプト
自動化スクリプトでsubprocessモジュールを活用すると、例えば、ファイル操作やバックアップ処理などを自動化できます。
定期的なタスクを自動化することで、人的ミスを減らし、効率的なシステム運用を実現します。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| スクリプト例 | 特定のディレクトリにあるファイルを別の場所にコピーするスクリプト |
| 活用例 | 毎晩指定時間にファイルのバックアップを実行 |
| メリット | 手作業による操作を削減し、バックアップ忘れなどの人的ミスを防止 |
| 注意点 | コマンド実行時のエラー処理を適切に行うことで、予期せぬ事態にも対応できるようにする |
| その他 | 定期的なスクリプト実行には、WindowsのタスクスケジューラやLinuxのcronを使用すると便利かもしれません |
システム管理
システム管理においてsubprocessモジュールは、サーバーの監視や設定変更といったタスクを自動化するために利用されています。
例えば、CPU使用率やメモリ使用量などを監視し、異常があれば自動的に再起動するスクリプトを作成できます。
システム管理者は、これらのスクリプトを活用することで、サーバーの安定稼働を維持し、迅速な問題解決を図ることが可能です。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| スクリプト例 | サーバーのCPU使用率を定期的に監視し、閾値を超えた場合に警告を発するスクリプト |
| 活用例 | CPU使用率が高い状態が続いた場合に、自動的にサーバーを再起動する |
| メリット | サーバーの異常を早期に発見し、ダウンタイムを短縮 |
| 注意点 | 誤った設定変更を防ぐため、実行権限を適切に管理することが重要 |
| その他 | ログ監視ツールと組み合わせることで、より詳細なシステム状態の把握が可能になるかもしれません |
ログ解析
ログ解析でsubprocessモジュールを活用すると、大量のログデータから必要な情報を効率的に抽出できます。
特定のキーワードを含むログ行を抽出したり、エラーメッセージの発生頻度を分析したりすることが可能です。
このようなログ解析は、システムの問題特定やパフォーマンス改善に役立ちます。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| スクリプト例 | 特定のキーワードを含むログ行を抽出するスクリプト |
| 活用例 | エラーメッセージの発生頻度を分析し、システムの問題点を特定 |
| メリット | 大量のログデータから必要な情報を迅速に抽出 |
| 注意点 | ログデータの形式に合わせて、適切な解析処理を行う必要がある |
| その他 | ログ解析ツールと連携することで、より高度な分析や可視化が可能になるかもしれません |
おすすめsubprocessモジュール
Pythonで外部コマンドを実行する際に、subprocessモジュールは欠かせない存在です。
subprocessモジュールは、新しいプロセスを起動し、その入出力を制御することで、Pythonスクリプトから外部のプログラムやコマンドを実行できます。
外部コマンド実行の可能性
subprocessモジュールを利用すると、Pythonの標準機能だけでは実現できない処理も可能になります。
例えば、画像処理ソフトを呼び出して画像を加工したり、ネットワークコマンドを実行してサーバーの状態を確認したりできます。
OSに標準搭載されているコマンドであれば、環境構築の手間も少なく、すぐに利用できるでしょう。
subprocessモジュールは、Pythonと外部プログラムを連携させるための強力なツールです。
Pythonスキルのレベルアップ
subprocessモジュールを使いこなせるようになると、Pythonでできることが格段に広がります。
他のプログラミング言語で書かれたツールや、OSのコマンドラインツールをPythonから利用できるようになるからです。
subprocessモジュールは、単なるモジュールではなく、Pythonプログラミングの可能性を広げるための鍵となるでしょう。
自動化による効率化
subprocessモジュールは、定型的な作業を自動化するのに非常に役立ちます。
例えば、毎日同じ時間にWebサイトからデータをダウンロードして、加工するといったタスクをPythonスクリプトで記述し、自動的に実行できます。
手作業で行っていた作業を自動化することで、時間と労力を大幅に削減し、より創造的な仕事に集中できるでしょう。
subprocessモジュールは、日々の業務を効率化するための強力な味方になります。
よくある質問（FAQ）
- Qsubprocess.run()とsubprocess.Popen()、どちらを使うべきですか？
- A
subprocess.run()は、コマンド実行が完了するまで待機し、結果をまとめて取得したい場合に推奨されます。一方、subprocess.Popen()は、非同期処理やより細かい制御が必要な場合に利用すると良いでしょう。
- Qコマンド実行時にエラーが発生した場合、どのように対処すれば良いですか？
- A
subprocess.run()を使う場合は、check=Trueを指定すると、エラー時に例外subprocess.CalledProcessErrorが発生します。この例外をtry-except構文で処理することで、エラー発生時の対応を記述できます。
- Qコマンドインジェクションとは何ですか？どのように対策すれば良いですか？
- A
コマンドインジェクションとは、ユーザーからの入力値をそのままコマンドに組み込むことで、攻撃者が意図しないコマンドを実行できてしまうセキュリティ上の脆弱性です。対策としては、shell=Trueの使用を避け、shlex.quote()関数で入力値をエスケープ処理することが重要です。
- Qタイムアウト設定はどのように行うのですか？
- A
subprocess.run()関数のtimeout引数に秒数を指定することで、コマンド実行のタイムアウトを設定できます。指定時間を超えるとTimeoutExpired例外が発生し、プログラムの停止を防げます。
- Q標準出力と標準エラー出力を取得するにはどうすれば良いですか？
- A
subprocess.run()でcapture_output=Trueを指定すると、標準出力と標準エラー出力をバイト形式で取得できます。text=Trueを合わせて指定すると、テキスト形式で取得できます。
- Qsubprocessモジュールを使う上で、セキュリティ面で気をつけることはありますか？
- A
shell=Trueの使用は、シェルインジェクションのリスクを高めます。どうしても必要な場合にのみ使用し、ユーザーからの入力値をエスケープ処理することが重要です。コマンドと引数をリスト形式で指定し、shell=Falseで使用することを推奨します。
参考
まとめ
この記事では、Pythonのsubprocessモジュールについて、基本的な使い方から応用例、セキュリティ対策まで詳しく解説しました。
- subprocessモジュールの基本として、subprocess.run()、Popenオブジェクト、標準出力と標準エラー出力、終了コード、タイムアウト設定について解説
- ls -l、echo、grepなど、具体的なコマンドをsubprocessモジュールで実行するサンプルコードを紹介
- エラー処理とセキュリティ対策として、コマンドインジェクション対策、shlex.quote()などの重要性について解説
この記事を参考に、subprocessモジュールを使いこなして、Pythonでの外部コマンド実行を自由自在に操ってみましょう。
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