Python执行Shell命令：从入门到精通，掌握跨平台调用技巧

# 1. Python与Shell命令交互概述**

Python是一种功能强大的编程语言，它允许程序员与操作系统交互，包括执行Shell命令。Shell命令是用于在操作系统中执行各种任务的命令行指令。通过Python与Shell命令交互，程序员可以自动化任务、管理系统资源并访问底层操作系统功能。

本指南将深入探讨Python与Shell命令交互的各个方面，从基本概念到高级应用。我们将涵盖执行Shell命令的不同方法、处理命令执行结果、配置Shell环境以及使用管道和重定向来控制命令流。此外，我们还将探索使用Python执行Shell命令的实际应用，包括文件操作、系统管理、正则表达式和数据库操作。

# 2. Python执行Shell命令基础

### 2.1 Shell命令的执行方式

Python提供了多种方式来执行Shell命令，每种方式都有其自身的优势和劣势。

**2.1.1 os.system()方法**

`os.system()`方法是最简单的方法，它直接调用系统Shell执行命令。其语法如下：

os.system(command)

**参数说明：**

* `command`：要执行的Shell命令。

**代码块：**

import os

# 执行ls命令
os.system("ls")

**逻辑分析：**

`os.system()`方法将`ls`命令传递给系统Shell，Shell执行命令并返回执行状态码。

**2.1.2 os.popen()方法**

`os.popen()`方法创建一个管道，允许Python程序与Shell命令交互。其语法如下：

os.popen(command)

**参数说明：**

* `command`：要执行的Shell命令。

**代码块：**

import os

# 执行ls命令并获取输出
output = os.popen("ls").read()
print(output)

**逻辑分析：**

`os.popen()`方法创建一个管道，将`ls`命令的输出重定向到管道中。然后，Python程序可以使用`read()`方法读取管道中的输出。

**2.1.3 subprocess模块**

`subprocess`模块提供了更高级的方法来执行Shell命令。它允许Python程序控制命令的输入、输出和错误流。其语法如下：

subprocess.run(command, shell=True)

**参数说明：**

* `command`：要执行的Shell命令。
* `shell`：指定是否使用系统Shell执行命令。

**代码块：**

import subprocess

# 执行ls命令并获取输出
output = subprocess.run("ls", shell=True, stdout=subprocess.PIPE).stdout
print(output.decode())

**逻辑分析：**

`subprocess.run()`方法执行`ls`命令，并将输出重定向到`stdout`管道中。然后，Python程序可以使用`stdout.decode()`方法将字节输出解码为字符串。

# 3. Python执行Shell命令进阶

### 3.1 Shell环境的配置和管理

#### 3.1.1 环境变量的设置和获取

环境变量是存储在操作系统中的一组键值对，用于配置和控制应用程序的行为。Python提供了`os`模块中的`environ`属性来访问和修改环境变量。

**设置环境变量：**

import os

# 设置环境变量
os.environ["MY_VAR"] = "my_value"

**获取环境变量：**

# 获取环境变量
value = os.environ["MY_VAR"]

#### 3.1.2 命令执行环境的定制

除了环境变量之外，还可以通过`subprocess`模块中的`Popen`函数的`env`参数来定制命令执行环境。`env`参数是一个字典，用于指定命令执行时使用的环境变量。

**定制命令执行环境：**

import subprocess

# 定制命令执行环境
env = {"MY_VAR": "my_value"}
subprocess.Popen("my_command", env=env)

### 3.2 管道和重定向

管道和重定向是Shell中强大的功能，允许将一个命令的输出作为另一个命令的输入，或将命令的输出重定向到文件或其他设备。

#### 3.2.1 管道操作

管道操作符（`|`）将一个命令的输出作为另一个命令的输入。在Python中，可以使用`subprocess`模块中的`Popen`函数的`stdout`和`stdin`参数来创建管道。

**创建管道：**

import subprocess

# 创建管道
p1 = subprocess.Popen("command1", stdout=subprocess.PIPE)
p2 = subprocess.Popen("command2", stdin=p1.stdout)

#### 3.2.2 重定向操作

重定向操作符（`>`和`<`）将命令的输出重定向到文件或其他设备，或将文件或其他设备的内容作为命令的输入。在Python中，可以使用`subprocess`模块中的`Popen`函数的`stdout`、`stdin`和`stderr`参数来进行重定向。

**重定向输出：**

import subprocess

# 重定向输出到文件
subprocess.Popen("command", stdout=open("output.txt", "w"))

**重定向输入：**

import subprocess

# 重定向输入从文件
subprocess.Popen("command", stdin=open("input.txt", "r"))

# 4. Python执行Shell命令实践

### 4.1 文件操作

#### 4.1.1 文件的创建、读取和写入

Python可以通过Shell命令实现对文件的创建、读取和写入操作。

# 创建文件
os.system("touch file.txt")

# 读取文件
with open("file.txt", "r") as f:
    content = f.read()

# 写入文件
with open("file.txt", "w") as f:
    f.write("Hello, world!")

#### 4.1.2 文件权限和属性的管理

Python还可以通过Shell命令管理文件的权限和属性。

# 设置文件权限
os.system("chmod 755 file.txt")

# 获取文件属性
result = os.system("ls -l file.txt")

### 4.2 系统管理

#### 4.2.1 系统信息的获取

Python可以通过Shell命令获取各种系统信息，例如系统版本、CPU信息、内存信息等。

# 获取系统版本
result = os.system("uname -a")

# 获取CPU信息
result = os.system("cat /proc/cpuinfo")

# 获取内存信息
result = os.system("free -m")

#### 4.2.2 进程管理和资源监控

Python还可以通过Shell命令进行进程管理和资源监控。

# 查看进程列表
result = os.system("ps -aux")

# 杀死进程
os.system("kill -9 1234")

# 监控CPU使用率
result = os.system("top -b -n 1")

# 5.1 正则表达式在Shell命令中的应用

正则表达式（Regular Expression，简称Regex）是一种用于匹配字符串模式的强大工具。在Shell命令中，正则表达式可以用来过滤、提取和替换文本数据，从而实现更灵活和强大的命令执行。

### 5.1.1 正则表达式的语法和元字符

正则表达式使用一系列元字符来定义匹配模式。常见的元字符包括：

- `.`：匹配任意单个字符
- `*`：匹配前一个字符0次或多次
- `+`：匹配前一个字符1次或多次
- `?`：匹配前一个字符0次或1次
- `[]`：匹配方括号内的任意一个字符
- `^`：匹配字符串的开头
- `$`：匹配字符串的结尾
- `\d`：匹配数字
- `\w`：匹配字母、数字和下划线
- `\s`：匹配空白字符

### 5.1.2 正则表达式在命令执行中的应用

在Shell命令中，可以使用`grep`、`sed`和`awk`等命令来应用正则表达式。以下是一些示例：

- **使用`grep`过滤文本：**

grep "error" log.txt

该命令使用正则表达式`"error"`过滤`log.txt`文件，只显示包含`"error"`的行。

- **使用`sed`替换文本：**

sed -i "s/old-value/new-value/g" file.txt

该命令使用正则表达式`"old-value"`在`file.txt`文件中查找所有匹配项，并用`"new-value"`替换它们。

- **使用`awk`提取数据：**

awk '/^name/{print $2}' data.csv

该命令使用正则表达式`"/^name/" `从`data.csv`文件中提取所有以`"name"`开头的行，并打印第二列（`$2`）。

通过使用正则表达式，我们可以更精确地控制Shell命令的行为，从而实现更强大的文本处理和数据提取功能。