subprocess.run()执行bash命令ps -p $$输出异常原因排查

核心原因是shell对单个外部命令的exec优化替换，以及$$的展开规则：

1. 关键知识点铺垫 #

• $$：在POSIX shell中，$$始终展开为当前执行该命令的shell进程的PID，这个展开是shell解析命令字符串时完成的，和ps命令无关。
• exec替换：当shell执行单个外部命令（非内置命令、非管道/多命令列表）时，为了减少进程开销，shell会调用exec系统调用把自身进程直接替换成外部命令的进程——此时PID不变，但进程的CMD（命令名）会变成外部命令的名称。如果是执行多个命令（用;/&&等分隔的列表），shell会fork子进程逐个执行命令，自身进程保留，不会触发exec替换。

2. 逐个解释你的现象 #

• GNOME终端直接执行ps -p $$，CMD为bash
  终端里的bash是交互式shell，执行单个外部命令时默认不会做exec替换，会fork子进程运行ps。$$展开为bash自身的PID，ps查询的是正在运行的bash进程，所以CMD列显示bash。

• subprocess未指定shell或指定executable='sh'，执行ps -p $$返回CMD为sh
  subprocess启用shell=True后，默认（或指定）用sh执行命令。多数系统的sh（比如dash）对单个外部命令不做exec替换，会fork子进程运行ps。$$展开为sh的PID，ps查询的是sh进程，CMD列显示sh。

• subprocess指定executable='bash'，执行ps -p $$返回CMD为ps
  bash对单个外部命令会触发exec替换：bash先把$$展开为自身PID，然后调用exec将自己替换成ps进程。此时原bash的PID对应现在的ps进程，ps -p $$实际查询的是ps自己，所以CMD列显示ps。

• subprocess指定executable='bash'，执行ps -p $$;echo $0返回CMD为bash
  这是两个命令组成的列表，bash不会做exec替换——它会fork子进程执行ps -p $$，自身进程保留下来执行echo $0。$$展开为bash的PID，ps查询的是仍在运行的bash进程，CMD列显示bash。

• 直接执行bash -c 'echo $0;ps -p $$'，CMD为bash
  和上面多命令场景一致，bash保留自身进程，$$展开为bash的PID，ps查询的是bash进程，CMD列显示bash。如果单独执行bash -c 'ps -p $$'，你会发现CMD列变成ps——这就是exec替换的效果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user7711283