golang 执行命令设置超时

我就是我 2021-09-07 06:11 499阅读 0赞

**目录**

0x00 前言

0x01 首先跑一个 os/exec

0x02 os/exec 黑魔法

0x03 Channel & Goroutine

Channel

Goroutine

一些问题

0x04 带 timeout 执行命令

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最近有一个需求，用 Golang 执行一条命令，并且需要为该命令设置一定时间的 timeout。由此展开，我们从执行一条基本的 shell 命令开始，逐渐研究黑魔法。

## 0x00 前言 ##

本文我们假设没有任何前置知识，可放心食用。

正好昨天面试问到了 Go-routine 的相关原理问题，以及 CSP 相关概念问题。开篇先 diss 一波这位面试同学，感觉非常学院派，不是很懂问一个安全算法岗 Engineer 而不是 Researcher 这些问题的意义，一个初阶 user 是肯定不知道 CSP 并发模型 *(Concurrent mode)* 的定义的，并且还问了”诸如你既然喜欢 Golang 为什么不深入研究“之类引起不适的问题（我当时就说了刚接触 ML 没研究语言特性）这里就简单学习一下。

然而，文章还是以此作为标题，末尾会附上开头的需求之外，关于这部分知识的一些面试小技巧，工作面前都是舔狗（x

## 0x01 首先跑一个 os/exec ##

我们用官方文档的样例代码运行一条命令，获取输出。

func RunCommand(command string, args ...string) (stdout string) {
    	cmd := exec.Command(command, args...)
    	outBytes, err := cmd.Output()
    	if err != nil {
    		log.Fatal(err)
    	}
    	stdout = string(outBytes)
    	return
    }
    
    func main() {
    	log.Print(RunCommand("echo", "fuck"))
    }

输出了`2018/11/21 22:27:00 fuck`。

## 0x02 os/exec 黑魔法 ##

os/exev 有一些黑魔法，

我们新建了一个名为 echo\_loop 的 bash 脚本：

while true; do date; sleep 1; done

当我们执行`RunCommand("bash", "echo_loop.sh")`，程序卡住了。显然这个脚本在不断地输出，我们希望不断取得的中间输出。但是我们不能让他卡住，不然怎么检测 timeout 呢。我们有一些针对的 command 对象的操作，`cmd.Run()`是要等待命令运行完成的，而`cmd.Start()`就可以让命令不要 wait：

func RunCommand(command string, args ...string) (stdout string) {
    	cmd := exec.Command(command, args...)
    	err := cmd.Start()
    	if err != nil {
    		log.Fatal(err)
    	}
    //	stdout = string(outBytes)
    	return
    }

然而，此时要想获得输出，可以通过`cmd.StdoutPipe()`（需要注意的是，这个需要在`Start()`之前完成，不然会输出的内容会是`exec: StdoutPipe after process started`）。加上这个之后我们又卡住了：

func RunCommand(command string, args ...string) (stdout string) {
    	cmd := exec.Command(command, args...)
    	err := cmd.Start()
    	if err != nil {
    		log.Fatal(err)
    	}
    	out, err := cmd.StdoutPipe()
    	if err != nil {
    		log.Fatal(err)
    	}
    	defer out.Close()
    	outBytes, err := ioutil.ReadAll(out)
    	if err != nil {
    		log.Fatal(err)
    	}
    	stdout = string(outBytes)
    	return
    }

当然，还有一个`cmd.Wait()`，返回一个 error 类型，可以这样获得输出。不幸的是也会卡住：

func RunCommand(command string, args ...string) (stdout string) {
    	cmd := exec.Command(command, args...)
    	err := cmd.Start()
    	if err != nil {
    		log.Fatal(err)
    	}
    	outBytes := cmd.Wait()
    	stdout = outBytes.Error()
    	return
    }

我们很自然的想到一个操作，我们需要在一个命令不在前台执行（为了控制 timeout），并获得它的输出。很幸运，Golang 实现了这一套机制。

## 0x03 Channel & Goroutine ##

我们首先看一段代码：

func sum(s []int, c chan int) {
    	sum := 0
    	for _, v := range s {
    		sum += v
    	}
    	time.Sleep(2 * time.Second)
    	c <- sum // 发送数据到 Channel
    }
    
    func main() {
    	s := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6}
    	c := make(chan int)
    	log.Print("Waiting")
    	go sum(s[len(s)/2:], c) // 前半段
    	go sum(s[:len(s)/2], c) // 后半段
    	x, y := <-c, <-c // 分别阻塞地接收数据
    	log.Print("Done")
    	log.Print(x, y)
    }
    
    // Output:
    //	2018/11/21 23:51:54 Waiting
    //	2018/11/21 23:51:56 Done
    //	2018/11/21 23:51:56 15 6

### Channel ###

Channel 是 Go 中的一个核心类型。你可以把它看成一个管道，通过它并发核心单元就可以发送或者接收数据进行通讯。基本操作方式如下：

ch := make(chan int)	// 新建一个 Channel
    ch <- v					// 发送值 v 到 Channel ch中
    v := <-ch				// 从 Channel ch 中接收数据，并将数据赋值给 v

一个 Channel 是可以设置单双向，收发类型，容量的。关于 Channel 的一些知识，可以参考官方文档或[这个文章][Link 1]。值得注意的一个问题是，在进行一次 receive 操作时，如果 Channel 中还没有数据，会使得程序在此阻塞，此时**应从一个 goroutine** 向其中写数据。存取道理一样，都是阻塞的，**需要一个 goroutine** 来读取才行。

### Goroutine ###

关于 Routine，其实没有什么复杂的调用方式，调用函数前加一个标识符`go`就可以了，所以我们常叫做 goroutine。可以看做是我们熟知的线程，但是在实现上更轻。Golang 实现的是一个线程池。具体实现会在后面【0x05 面试小技巧】部分说到。

Goroutine 和 Channel 也是相辅相成的。由于没有类似 Python 中`thread.join()`的概念。正如之前所说，Channel 的存取是阻塞的。默认的 Channel 大小是 0，我们把这叫做**无缓冲**。无缓冲的 Channel 在取消息和存消息的时候都会挂起当前的 goroutine。因此，我们可以完成 goroutine 向一个 Channel 写数据，写完之后该 Channel 可以读到数据，继续向下执行剩余部分。

默认的 Channel 大小是 0，叫做**无缓冲**。我们不用默认值，给一个大小，就**可缓冲**了。试图让无缓冲 Channel 承载数据是死锁的重要原因之一，给 Channel 一个大小可以避免。

### 一些问题 ###

**Q1：写入数据一直没读会怎样？没有数据一直在读会怎样？**

都是死锁，错误信息为`all goroutines are asleep - deadlock`

我们打印 Done 之前增加一句`c <- 0`，就会出现一个死锁。这个数据没有人读。

我们打印 Done 之前增加一句`_ = <- c`，也会出现一个死锁。没有数据一直在读。

**Q2：假设同时加上这两句话呢？**

也是死锁。

划重点：**单一的 goroutine 中操作数据一定死锁**。在传入 0 到 c 的时候，此时需要一个线程池中，已经 join 的一个线程来读，此时除了 main 这个线程，没有别的 goroutine，正如错误提示所说，all goroutines are asleep。

**Q3：还能怎么死锁？**

好问题。我们要知道死锁的原理，是出现了循环读取、循环等待，使得一个无缓冲的 Channel 承载数据。这里给一个典型的循环等待的例子：

c, quit := make(chan int), make(chan int)
    
    go func() {
       c <- 1 // c 正在等待数据被取走，才能执行 quit
       quit <- 0 // 楼上等待期间这里也在等
    }()
    
    x := <- quit // quit 在等待 goroutine 有人写
    y := <- c // 由于一直没有 quit，c 中数据不可能被取走

通俗点说，依次存入 Channel 的数据，需要依次取出。如果真的需要不能依次取出，正如之前索索，可以给 Channel 一个大小。这里写成`c, quit := make(chan int, 1), make(chan int, 1)`，上面的程序就不会死锁了。

当然，bug 千千万，我们在这里也给一个不死锁的不是 bug 的反例。其原因是，这个 goroutine 在运行前，主程序就退出了：

c := make(chan int)
    
    go func() {
       c <- 1
    }()

## 0x04 带 timeout 执行命令 ##

我们好像已经解决了最初的问题：需要在一个命令不在前台执行（将`cmd.Wait()`启动成一个 goroutine），并获得它的输出（通过 Channel）在原来的代码上修改有这些：

1.  为了避免在发送 SigInt 和 Kill 线程时管道之间关闭顺序的其妙操作（StdoutPipe 在结束后无法获取内容，未结束时会阻塞等待），参考了[这篇文章中这段][Link 2]的处理方式，通过 bytes buffer 来接受。
2.  通过 select 来处理正常运行完成和 Kill 结束的命令的操作。
3.  在发送 SigInt 信号后，有些命令会输出一些信息（比如 ping），在 Kill 前添加了 10ms 延时。

代码如下，可直接复制测试运行：

package main
    
    import (
    	"syscall"
    	"time"
    	"bytes"
    	"log"
    	"os/exec"
    )
    
    func RunCommandWithTimeout(timeout int, command string, args ...string) (stdout, stderr string, isKilled bool) {
    	var stdoutBuf, stderrBuf bytes.Buffer
    	cmd := exec.Command(command, args...)
    	cmd.Stdout = &stdoutBuf
    	cmd.Stderr = &stderrBuf
    	cmd.Start()
    	done := make(chan error)
    	go func() {
    		done <- cmd.Wait()
    	}()
    	after := time.After(time.Duration(timeout) * time.Millisecond)
    	select {
    		case <-after:
    			cmd.Process.Signal(syscall.SIGINT)
    			time.Sleep(10*time.Millisecond)
    			cmd.Process.Kill()
    			isKilled = true
    		case <-done:
    			isKilled = false
    	}
    	stdout = string(bytes.TrimSpace(stdoutBuf.Bytes())) // Remove \n
    	stderr = string(bytes.TrimSpace(stderrBuf.Bytes())) // Remove \n
    	return
    }
    
    func main() {
    	resultOut, resultErr, resultStat := RunCommandWithTimeout(3000, "ping", "baidu.com")
    	
    	log.Print("Is Killed: ", resultStat)
    	log.Print("Res: \n===\n", resultOut, "\n===")
    	log.Print("Err: \n===\n", resultErr, "\n===")
    }
    
    // Output:
    //	2018/11/22 01:47:44 Is Killed: true
    //	2018/11/22 01:47:44 Res: 
    //	===
    //	PING baidu.com (220.181.57.216): 56 data bytes
    //	64 bytes from 220.181.57.216: icmp_seq=0 ttl=53 time=44.607 ms
    //	64 bytes from 220.181.57.216: icmp_seq=1 ttl=53 time=44.476 ms
    //	64 bytes from 220.181.57.216: icmp_seq=2 ttl=53 time=45.519 ms
    //
    //	--- baidu.com ping statistics ---
    //	3 packets transmitted, 3 packets received, 0.0% packet loss
    //	round-trip min/avg/max/stddev = 44.476/44.867/45.519/0.464 ms
    //	===
    //	2018/11/22 01:47:44 Err: 
    //	===
    //
    //	===

[Link 1]: https://colobu.com/2016/04/14/Golang-Channels/
[Link 2]: https://colobu.com/2017/06/19/advanced-command-execution-in-Go-with-os-exec/#%E5%B0%86stdout%E5%92%8Cstderr%E5%88%86%E5%88%AB%E5%A4%84%E7%90%86