Go os/exec 使用实践

os/exec 是 Go 提供的内置包，可以用来执行外部命令或程序。比如，我们的主机上安装了 redis-server 二进制文件，那么就可以使用 os/exec 在 Go 程序中启动 redis-server 提供服务。当然，我们也可以使用 os/exec 执行 ls、pwd 等操作系统内置命令。本文不求内容多么深入，旨在带大家极速入门 os/exec 的常规使用。

os/exec 包结构体与方法

func LookPath(file string) (string, error)
type Cmd
    func Command(name string, arg ...string) *Cmd
    func CommandContext(ctx context.Context, name string, arg ...string) *Cmd
    func (c *Cmd) CombinedOutput() ([]byte, error)
    func (c *Cmd) Environ() []string
    func (c *Cmd) Output() ([]byte, error)
    func (c *Cmd) Run() error
    func (c *Cmd) Start() error
    func (c *Cmd) StderrPipe() (io.ReadCloser, error)
    func (c *Cmd) StdinPipe() (io.WriteCloser, error)
    func (c *Cmd) StdoutPipe() (io.ReadCloser, error)
    func (c *Cmd) String() string
    func (c *Cmd) Wait() error

Cmd 结构体表示一个准备或正在执行的外部命令。调用函数 Command 或 CommandContext 可以构造一个 *Cmd 对象。调用 Run、Start、Output、CombinedOutput 方法可以运行 *Cmd 对象所代表的命令。 调用 Environ 方法可以获取命令执行时的环境变量。调用 StdinPipe、StdoutPipe、StderrPipe 方法用于获取管道对象。调用 Wait 方法可以阻塞等待命令执行完成。调用 String 方法返回命令的字符串形式。LookPath 函数用于搜索可执行文件。

使用方法

package main

import (
"log"
"os/exec"
)

func main() {
// 创建一个命令
 cmd := exec.Command("echo", "Hello, World!")

// 执行命令并等待命令完成
 err := cmd.Run() // 执行后控制台不会有任何输出
 if err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }
}

exec.Command 函数用于创建一个命令，函数第一个参数是命令的名称，后面跟一个不定常参数作为这个命令的参数，最终会传递给这个命令。

*Cmd.Run 方法会阻塞等待命令执行完成，默认情况下命令执行后控制台不会有任何输出：

# 执行程序
$ go run main.go
# 执行完成后没有任何输出

可以在后台运行一个命令：

func main() {
 cmd := exec.Command("sleep", "3")

// 执行命令（非阻塞，不会等待命令执行完成）
if err := cmd.Start(); err != nil {
  log.Fatalf("Command start failed: %v", err)
  return
 }

 fmt.Println("Command running in the background...")

// 阻塞等待命令完成
if err := cmd.Wait(); err != nil {
  log.Fatalf("Command wait failed: %v", err)
  return
 }

 log.Println("Command finished")
}

实际上 Run 方法就等于 Start + Wait 方法，如下是 Run 方法源码的实现：

func (c *Cmd) Run() error {
 if err := c.Start(); err != nil {
  return err
 }
 return c.Wait()
}

创建带有 context 的命令

os/exec 还提供了一个 exec.CommandContext 构造函数可以创建一个带有 context 的命令。那么我们就可以利用 context 的特性来控制命令的执行了。

func main() {
 ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 100*time.Millisecond)
 defer cancel()

 cmd := exec.CommandContext(ctx, "sleep", "5")

 if err := cmd.Run(); err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v\n", err) // signal: killed
 }
}

执行示例代码，得到输出如下：

$ go run main.go
2025/01/14 23:54:20 Command failed: signal: killed
exit status 1

当命令执行超时会收到 killed 信号自动取消。

获取命令的输出

无论是调用 *Cmd.Run 还是 *Cmd.Start 方法，默认情况下执行命令后控制台不会得到任何输出。

可以使用 *Cmd.Output 方法来执行命令，以此来获取命令的标准输出：

func main() {
 // 创建一个命令
 cmd := exec.Command("echo", "Hello, World!")

 // 执行命令，并获取命令的输出，Output 内部会调用 Run 方法
 output, err := cmd.Output()
 if err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }

 fmt.Println(string(output)) // Hello, World!
}

执行示例代码，得到输出如下：

$ go run main.go
Hello, World!

获取组合的标准输出和错误输出

*Cmd.CombinedOutput 方法能够在运行命令后，返回其组合的标准输出和标准错误输出：

func main() {
// 使用一个命令，既产生标准输出，也产生标准错误输出
 cmd := exec.Command("sh", "-c", "echo 'This is stdout'; echo 'This is stderr' >&2")

// 获取 标准输出 + 标准错误输出 组合内容
 output, err := cmd.CombinedOutput()
 if err != nil {
  log.Fatalf("Command execution failed: %v", err)
 }

// 打印组合输出
 fmt.Printf("Combined Output:\n%s", string(output))
}

执行示例代码，得到输出如下：

$ go run main.go
Combined Output:
This is stdout
This is stderr

设置标准输出和错误输出

可以利用 *Cmd 对象的 Stdout 和 Stderr 属性，重定向标准输出和标准错误输出到当前进程：

func main() {
 cmd := exec.Command("ls", "-l")

 // 设置标准输出和标准错误输出到当前进程，执行后可以在控制台看到命令执行的输出
 cmd.Stdout = os.Stdout
 cmd.Stderr = os.Stderr

 if err := cmd.Run(); err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }
}

这样，使用 *Cmd.Run 执行命令后控制台就能看到命令执行的输出了。

执行示例代码，得到输出如下：

$ go run main.go
total 4824
-rw-r--r--  1 jianghushinian  staff       12 Jan  4 10:37 demo.log
drwxr-xr-x  3 jianghushinian  staff       96 Jan 13 09:41 examples
-rwxr-xr-x  1 jianghushinian  staff  2453778 Jan  1 15:09 main
-rw-r--r--  1 jianghushinian  staff     6179 Jan 15 09:13 main.go

使用标准输入传递数据

可以使用 grep 命令接收 stdin 的数据，然后在其中搜索包含指定模式的文本行：

func main() {
 cmd := exec.Command("grep", "hello")

// 通过标准输入传递数据给命令
 cmd.Stdin = bytes.NewBufferString("hello world!\nhi there\n")

// 获取标准输出
 output, err := cmd.Output()
 if err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
  return
 }

 fmt.Println(string(output)) // hello world!
}

可以将一个 io.Reader 对象赋值给 *Cmd.Stdin 属性，来实现将数据通过 stdin 传递给外部命令。

执行示例代码，得到输出如下：

$ go run main.go
hello world!

还可以将打开的文件描述符传给 *Cmd.Stdin 属性：

func main() {
 file, err := os.Open("demo.log") // 打开一个文件
 if err != nil {
  log.Fatalf("Open file failed: %v\n", err)
  return
 }
 defer file.Close()

 cmd := exec.Command("cat")
 cmd.Stdin = file       // 将文件作为 cat 的标准输入
 cmd.Stdout = os.Stdout // 获取标准输出

 if err := cmd.Run(); err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }
}

只要是 io.Reader 对象即可。

设置和使用环境变量

*Cmd 的 Environ 方法可以获取环境变量，Env 属性则可以设置环境变量：

func main() {
 cmd := exec.Command("printenv", "ENV_VAR")

 log.Printf("ENV: %+v\n", cmd.Environ())

// 设置环境变量
 cmd.Env = append(cmd.Environ(), "ENV_VAR=HelloWorld")

 log.Printf("ENV: %+v\n", cmd.Environ())

// 获取输出
 output, err := cmd.Output()
 if err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }

 fmt.Println(string(output)) // HelloWorld
}

这段代码输出结果与执行环境相关，此处不演示执行结果了，你可以自行尝试。

不过最终的 output 输出结果一定是 HelloWorld。

使用管道

os/exec 支持管道功能，*Cmd 对象提供的 StdinPipe、StdoutPipe、StderrPipe 三个方法用于获取管道对象。故名思义，三者分别对应标准输入、标准输出、标准错误输出的管道对象。

使用示例如下：

func main() {
// 命令中使用了管道
 cmdEcho := exec.Command("echo", "hello world\nhi there")

 outPipe, err := cmdEcho.StdoutPipe()
 if err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }

// 注意，这里不能使用 Run 方法阻塞等待，应该使用非阻塞的 Start 方法
 if err := cmdEcho.Start(); err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }

 cmdGrep := exec.Command("grep", "hello")
 cmdGrep.Stdin = outPipe
 output, err := cmdGrep.Output()
 if err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }

 fmt.Println(string(output)) // hello world
}

首先创建一个用于执行 echo 命令的 *Cmd 对象 cmdEcho，并调用它的 StdoutPipe 方法获得标准输出管道对象 outPipe；然后调用 Start 方法非阻塞的方式执行 echo 命令；接着创建一个用于执行 grep 命令的 *Cmd 对象 cmdGrep，将 cmdEcho 的标准输出管道对象赋值给 cmdGrep.Stdin 作为标准输入，这样，两个命令就通过管道串联起来了；最终通过 cmdGrep.Output 方法拿到 cmdGrep 命令的标准输出。

执行示例代码，得到输出如下：

$ go run main.go
hello world

使用 bash -c 执行复杂命令

如果你不想使用 os/exec 提供的管道功能，那么在命令中直接使用管道符 |，也可以实现同样功能。

不过此时就需要使用 sh -c 或者 bash -c 等 Shell 命令来解析执行更复杂的命令了：

func main() {
 // 命令中使用了管道
 cmd := exec.Command("bash", "-c", "echo 'hello world\nhi there' | grep hello")

 output, err := cmd.Output()
 if err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }

 fmt.Println(string(output)) // hello world
}

这段代码中的管道功能同样生效。

指定工作目录

可以通过指定 *Cmd 对象的的 Dir 属性来指定工作目录：

func main() {
 cmd := exec.Command("cat", "demo.log")
 cmd.Stdout = os.Stdout // 获取标准输出
 cmd.Stderr = os.Stderr // 获取错误输出

 // cmd.Dir = "/tmp" // 指定绝对目录
 cmd.Dir = "." // 指定相对目录

 if err := cmd.Run(); err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }
}

捕获退出状态

上面讲解了很多执行命令相关操作，但其实还有一个很重要的点没有讲到，就是如何捕获外部命令执行后的退出状态码：

func main() {
// 查看一个不存在的目录
 cmd := exec.Command("ls", "/nonexistent")

// 运行命令
 err := cmd.Run()

// 检查退出状态
var exitError *exec.ExitError
if errors.As(err, &exitError) {
  log.Fatalf("Process PID: %d exit code: %d", exitError.Pid(), exitError.ExitCode()) // 打印 pid 和退出码
 }
}

这里执行 ls 命令来查看一个不存在的目录 /nonexistent，程序退出状态码必然不为 0。

执行示例代码，得到输出如下：

$ go run main.go
2025/01/15 23:31:44 Process PID: 78328 exit code: 1
exit status 1

搜索可执行文件

最后要介绍的函数就只剩一个 LookPath 了，它用来搜索可执行文件。

搜索一个存在的命令：

func main() {
 path, err := exec.LookPath("ls")
 if err != nil {
  log.Fatal("installing ls is in your future")
 }
 fmt.Printf("ls is available at %s\n", path)
}

执行示例代码，得到输出如下：

 $ go run main.go
ls is available at /bin/ls

搜索一个不存在的命令：

func main() {
 path, err := exec.LookPath("lsx")
 if err != nil {
  log.Fatal(err)
 }
 fmt.Printf("ls is available at %s\n", path)
}

执行示例代码，得到输出如下：

$ go run main.go
2025/01/15 23:37:45 exec: "lsx": executable file not found in $PATH
exit status 1

功能练习

介绍完了 os/exec 常用的方法和函数，我们现在来做一个小练习，使用 os/exec 来执行外部命令 ls -l /var/log/*.log。

示例如下：

func main() {
 cmd := exec.Command("ls", "-l", "/var/log/*.log")

 output, err := cmd.CombinedOutput() // 获取标准输出和错误输出
 if err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }

 fmt.Println(string(output))
}

执行示例代码，得到输出如下：

$ go run main.go
2025/01/16 09:15:52 Command failed: exit status 1
exit status 1

执行报错了，这里的错误码为 1，但错误信息并不明确。

这个报错其实是因为 os/exec 默认不支持通配符参数导致的，exec.Command 不支持直接在参数中使用 Shell 通配符（如 *），因为它不会通过 Shell 来解析命令，而是直接调用底层的程序。

要解决这个问题，可以通过显式调用 Shell（例如 bash 或 sh），让 Shell 来解析通配符。

比如使用 bash -c 执行通配符命令 ls -l /var/log/*.log：

func main() {
    // 使用 bash -c 来解析通配符
    cmd := exec.Command("bash", "-c", "ls -l /var/log/*.log")

    output, err := cmd.CombinedOutput() // 获取标准输出和错误输出
    if err != nil {
        log.Fatalf("Command failed: %v", err)
    }

    fmt.Println(string(output))
}

执行示例代码，得到输出如下：

$ go run main.go
-rw-r--r--  1 root  wheel         0 Oct  7 21:20 /var/log/alf.log
-rw-r--r--  1 root  wheel     11936 Jan 13 11:36 /var/log/fsck_apfs.log
-rw-r--r--  1 root  wheel       334 Jan 13 11:36 /var/log/fsck_apfs_error.log
-rw-r--r--  1 root  wheel     19506 Jan 11 18:04 /var/log/fsck_hfs.log
-rw-r--r--@ 1 root  wheel  21015342 Jan 16 09:02 /var/log/install.log
-rw-r--r--  1 root  wheel      1502 Nov  5 09:44 /var/log/shutdown_monitor.log
-rw-r-----@ 1 root  admin      3779 Jan 16 08:59 /var/log/system.log
-rw-r-----  1 root  admin    187332 Jan 16 09:05 /var/log/wifi.log

此外，我们还可以用 Go 标准库提供的 filepath.Glob 来手动解析通配符：

func main() {
// 匹配通配符路径
 files, err := filepath.Glob("/var/log/*.log")
 if err != nil {
  log.Fatalf("Glob failed: %v", err)
 }
 if len(files) == 0 {
  log.Println("No matching files found")
  return
 }

// 将匹配到的文件传给 ls 命令
 args := append([]string{"-l"}, files...)
 cmd := exec.Command("ls", args...)

 cmd.Stdout = os.Stdout
 cmd.Stderr = os.Stderr

 if err := cmd.Run(); err != nil {
  log.Fatalf("Command failed: %v", err)
 }
}

filepath.Glob 函数会返回模式匹配的文件名列表，如果不匹配则返回 nil。这样，我们就可以先解析文件名列表，再交给 exec.Command 来执行 ls 命令了。