Python Subprocess库在使用中可能存在的安全风险总结
在各大热门语言排行榜中，Python语言多次名列前茅，其高效的开发效率和优雅的编程风格吸引不少开发人员的青睐，不少公司将技术栈切换至Python。随着Python 语言的愈来愈流行，其安全问题也愈发受到安全人员的关注。作为新一代的语言，虽然其相较于PHP等传传统（资格老一些的语言）语言在安全性上有诸多改进，但仍然面临不少安全问题，本文以最为流行的Python 子进程库subprocess为例分析其在使用中常见的安全陷阱，详文如下。
0×01. 函数调用死锁风险
1）死锁形式1
subprocess.call
subprocess.check_call
subprocess.check_output
以上三个函数在使用stdout=PIPE or stderr=PIPE 存在死锁风险
处理方案：
若要使用stdout=PIPE or stderr=PIPE，建议使用popen.communicate()
subprocess 官方文档在上面几个函数中都标注了安全警告：
2) 死锁形式2
对于popen ， popen.wait() 可能会导致死锁
处理方案：
那死锁问题如何避免呢？官方文档里推荐使用 Popen.communicate()。这个方法会把输出放在内存，而不是管道里，所以这时候上限就和内存大小有关了，一般不会有问题。而且如果要获得程序返回值，可以在调用 Popen.communicate() 之后取 Popen.returncode 的值。
3）死锁形式3
call、check_call、popen、check_output 这四个函数，参数shell=True,命令参数不能为list，若为list则引发死锁
处理方案：
参数shell=True时，命令参数为字符串形式
0×02. 关闭subprocess.Popen 子进程时存在子进程关闭失败而成为僵尸进程的风险
Python 标准库 subprocess.Popen 是 shellout 一个外部进程的首选，它在 Linux/Unix 平台下的实现方式是 fork 产生子进程然后 exec 载入外部可执行程序。
于是问题就来了，如果我们需要一个类似“夹具”的子进程（比如运行 Web 集成测试的时候跑起来的那个被测试 Server）， 那么就需要在退出上下文的时候清理现场，也就是结束被跑起来的子进程。
最简单粗暴的做法可以是这样：
@contextlib.contextmanager
def process_fixture(shell_args):
proc = subprocess.Popen(shell_args)
try:
yield
finally:
# 无论是否发生异常，现场都是需要清理的
proc.terminate()
proc.wait()
if __name__ == ‘__main__’:
with process_fixture([‘python’, ‘SimpleHTTPServer’, ‘8080’]) as proc:
print(‘pid %d’ % proc.pid)
print(urllib.urlopen(‘http://localhost:8080’).read())
那个 proc.wait() 是不可以偷懒省掉的，否则如果子进程被中止了而父进程继续运行， 子进程就会一直占用 pid 而成为僵尸，直到父进程也中止了才被托孤给 init 清理掉。
这个简单粗暴版对简单的情况可能有效，但是被运行的程序可能没那么听话。被运行程序可能会再fork 一些子进程来工作，自己则只当监工 —— 这是不少 Web Server 的做法。 对这种被运行程序如果简单地 terminate ，也即对其 pid 发 SIGTERM ， 那就相当于谋杀了监工进程，真正的工作进程也就因此被托孤给 init ，变成畸形的守护进程…… 嗯没错，这就是我一开始遇到的问题，CI Server上明明已经中止了 Web Server 进程了，下一轮测试跑起来的时候端口仍然是被占用的。
处理方案：
这个问题稍微有点棘手，因为自从被运行程序 fork 以后，产生的子进程都享有独立的进程空间和pid ，也就是它超出了我们触碰的范围。好在 subprocess.Popen 有个 preexec_fn 参数，它接受一个回调函数，并在 fork 之后 exec 之前的间隙中执行它。我们可以利用这个特性对被运行的子进程做出一些修改，比如执行 setsid() 成立一个独立的进程组。Linux 的进程组是一个进程的集合，任何进程用系统调用 setsid 可以创建一个新的进程组，并让自己成为首领进程。首领进程的子子孙孙只要没有再调用 setsid 成立自己的独立进程组，那么它都将成为这个进程组的成员。 之后进程组内只要还有一个存活的进程，那么这个进程组就还是存在的，即使首领进程已经死亡也不例外。 而这个存在的意义在于，我们只要知道了首领进程的 pid(同时也是进程组的 pgid )， 那么可以给整个进程组发送 signal ，组内的所有进程都会收到。
因此利用这个特性，就可以通过 preexec_fn 参数让 Popen 成立自己的进程组， 然后再向进程组发送 SIGTERM 或 SIGKILL ，中止 subprocess.Popen 所启动进程的子子孙孙。当然，前提是这些子子孙孙中没有进程再调用 setsid 分裂自立门户。
前文的例子经过修改是这样的：
import signal
import os
import contextlib
import subprocess
import logging
import warnings
@contextlib.contextmanager
def process_fixture(shell_args):
proc = subprocess.Popen(shell_args, preexec_fn=os.setsid)
try:
yield
finally:
proc.terminate()
proc.wait()
try:
os.killpg(proc.pid, signal.SIGTERM)
except OSError as e:
warnings.warn(e)
Python 3.2 之后 subprocess.Popen 新增了一个选项 start_new_session ，Popen(args, start_new_session=True) 即等效于 preexec_fn=os.setsid 。这种利用进程组来清理子进程的后代的方法，比简单地中止子进程本身更加“干净”。基于 Python 实现的 Procfile 进程管理工具 Honcho 也采用了这个方法。当然，因为不能保证被运行进程的子进程一定不会调用 setsid ， 所以这个方法不能算“通用”，只能算“相对可用”。如果真的要百分之百通用，那么像 systemd 那样使用 cgroups 来追溯进程创建过程也许是唯一的办法。也难怪说 systemd是第一个能正确地关闭服务的 init 工具。