当我们需要编写自动化脚本、部署工具、监控程序时，熟练操作系统命令几乎是必备技能。今天就来聊聊我在实际项目中高频使用的 5 个系统命令操作库，这些可都是能让你效率翻倍的 "瑞士军刀"。

一、subprocess：全能型系统交互大师

为什么必须掌握？

还记得用老旧的 os.system 踩过的坑吗？无法捕获子进程输出、错误流混乱、管道操作支持差... 直到遇到 subprocess，这些问题统统迎刃而解。作为 Python 官方推荐的进程管理库，它几乎封装了所有系统交互功能。

核心功能解析

实际应用场景：文件批量重命名

import subprocess

def batch_rename(directory, old_ext, new_ext):
    # 调用系统find命令查找指定扩展名文件
    find_cmd = f"find {directory} -type f -name '*.{old_ext}'"
    files = subprocess.check_output(find_cmd, shell=True, text=True).splitlines()
    
    for file in files:
        new_file = file.rsplit('.', 1)[0] + f".{new_ext}"
        mv_cmd = f"mv {file} {new_file}"
        # 执行移动命令并检查错误
        result = subprocess.run(mv_cmd, shell=True, capture_output=True, text=True)
        if result.returncode != 0:
            print(f"重命名 {file} 失败: {result.stderr}")
    print("批量重命名完成！")

# 使用示例
batch_rename("/path/to/files", "txt", "md")

进阶技巧

• 通过stdin=subprocess.PIPE实现命令行交互（如输入密码）

• 利用universal_newlines=True统一处理文本输出

• 设置timeout参数避免子进程卡死

二、os：系统级操作的基础门面

每天都在用的 "隐形帮手"

记得去年给实习生做代码评审，发现他写文件路径拼接居然用字符串拼接，结果在 Windows 和 Linux 上频繁出错。这时候才意识到 os 模块的重要性 —— 它提供了跨平台的系统操作接口，是所有系统交互的基础。

常用功能分类

文件系统操作

import os

# 路径处理
print(os.path.join("/user", "docs", "file.txt"))  # 跨平台路径拼接
print(os.path.abspath("relative_path"))  # 获取绝对路径
print(os.path.splitext("file.tar.gz"))  # 分离扩展名（处理压缩包必备）

# 文件操作
os.makedirs("new_dir", exist_ok=True)  # 递归创建目录
os.rename("old.txt", "new.txt")  # 重命名文件
os.chmod("script.sh", 0o755)  # 修改文件权限

进程管理

print(os.getpid())  # 获取当前进程ID
os.kill(pid, signal.SIGTERM)  # 发送信号终止进程

避坑指南

• 永远使用os.path系列函数处理路径，不要手动拼接
• 文件操作前务必检查权限和路径存在性（os.access()和os.path.exists()）
• 处理二进制文件时注意os.open()的 flags 参数

三、shutil：文件与目录的搬运专家

比 os 更上层的抽象

数据迁移、复制粘贴，一行就能搞定。这个库专门针对文件和目录操作进行了高级封装，堪称 "搬运界的特斯拉"。

核心功能对比

实际应用场景：跨平台文件同步

import shutil
import time

def sync_folders(source, destination):
    """双向同步两个文件夹内容"""
    # 复制新增文件和更新文件
    shutil.copytree(source, destination, dirs_exist_ok=True)
    
    # 删除目标中多余文件
    for root, dirs, files in os.walk(destination):
        relative_path = os.path.relpath(root, destination)
        source_root = os.path.join(source, relative_path)
        for file in files:
            source_file = os.path.join(source_root, file)
            dest_file = os.path.join(root, file)
            if not os.path.exists(source_file):
                os.remove(dest_file)
                print(f"删除多余文件: {dest_file}")
    
    print(f"同步完成，最后更新时间: {time.ctime()}")

# 同步代码仓库
sync_folders("/src/repo", "/backup/repo")

冷知识

• shutil.move()会自动处理跨文件系统的移动（底层调用 rename 或复制 + 删除）

• shutil.rmtree()可以删除非空目录，但要注意权限问题（建议先检查）

四、tempfile：临时文件的优雅管家

告别 "垃圾文件" 噩梦

记得刚工作时写临时文件，直接用open("temp.txt", "w")，结果忘记删除导致服务器堆满垃圾文件。直到学会用 tempfile，才真正实现了临时文件的自动化管理。

三种使用模式对比

实际应用场景：安全生成临时脚本

import tempfile
import subprocess

def create_temp_script(content):
    with tempfile.NamedTemporaryFile(mode='w', suffix='.sh', delete=False) as f:
        f.write(content)
        script_path = f.name
    # 添加执行权限
    os.chmod(script_path, 0o755)
    return script_path

# 生成安装脚本并执行
install_script = """
#!/bin/bash
echo "开始安装..."
apt-get update -y
apt-get install python3 -y
"""
script_path = create_temp_script(install_script)
subprocess.run([script_path], check=True)
os.unlink(script_path)  # 手动删除（或依赖delete=True自动删除）

注意事项

• 使用with语句确保资源自动释放

• 敏感数据不要写入临时文件（内存模式更安全）

• 跨平台时注意后缀名和文件模式

五、psutil：系统监控的千里眼

从运维到开发的必备技能

它能像 Linux 的 top 命令一样获取各种系统信息，而且跨平台支持良好，简直是开发运维一体化的桥梁。

核心监控指标

import psutil

# 进程信息
process = psutil.Process()
print(f"进程名: {process.name()}")
print(f"内存占用: {process.memory_percent()}%")
print(f"CPU核心数: {process.cpu_affinity()}")

# 系统信息
print(f"总内存: {psutil.virtual_memory().total / 1024**3:.2f} GB")
print(f"磁盘分区: {psutil.disk_partitions()}")
print(f"网络连接: {len(psutil.net_connections())} 个")

实际应用场景：内存泄漏监控

import time
import psutil

def monitor_memory(pid, interval=5):
    process = psutil.Process(pid)
    while True:
        mem = process.memory_info().rss / 1024**2  # MB
        print(f"当前内存占用: {mem:.2f} MB")
        if mem > 1024:  # 超过1GB触发报警
            print("警告：内存占用过高！")
        time.sleep(interval)

# 监控当前进程
monitor_memory(os.getpid())

进阶应用

• 实现进程树可视化（递归遍历子进程）

• 监控网络流量变化（net_io_counters）

• 追踪文件句柄泄漏（process.open_files()）

这五个库就像 Python 系统操作的 "五岳"：subprocess 是泰山，稳坐核心；os 是华山，基础险要；shutil 是衡山，灵活多变；tempfile 是恒山，小巧精致；psutil 是嵩山，博大精深。建议大家按照这个路径学习：

1. 先用 os 和 shutil 掌握基础文件操作

2. 用 subprocess 实现复杂命令交互

3. 用 tempfile 处理临时资源管理

4. 最后用 psutil 打通系统监控任督二脉

在实际项目中，我经常把它们组合使用：比如用 subprocess 执行备份命令，shutil 处理文件迁移，psutil 监控备份进程的资源消耗，tempfile 存储临时日志。这种组合拳能解决 90% 以上的系统交互问题。

当然，系统编程永远有新的挑战，比如异步进程处理（asyncio.subprocess）、更精细的资源控制（cgroups）等。但掌握这五个库，已经能让你在日常开发中应对自如。