Python 作为一种功能强大的编程语言，提供了多种方式与操作系统进行交互，执行系统命令，这些功能使得 Python 能够自动化系统管理任务、处理文件和目录、运行外部程序等，本文将详细介绍 Python 中操作系统的命令执行方式，包括 os 模块、subprocess 模块、sys 模块以及第三方库 fabric 和 paramiko 的使用，并通过表格对比不同方法的特点和适用场景。
Python 与操作系统交互的核心在于执行命令并获取结果，早期版本中，os.system() 是最直接的方法，但它存在局限性，例如无法直接获取命令的输出结果。os.system() 会启动一个子进程执行命令，并返回命令的退出状态码，但输出会直接显示在终端上，无法在程序中捕获，执行 os.system('ls -l') 会列出当前目录的文件，但程序无法进一步处理这些文件列表。os.system() 在处理命令中的特殊字符或路径时可能存在安全隐患，容易受到命令注入攻击。
为了克服 os.system() 的不足，Python 引入了 subprocess 模块，这是目前推荐使用的执行系统命令的方式。subprocess 模块提供了更灵活的功能，可以启动新进程、连接输入/输出/管道，并获取返回码和输出。subprocess.run() 是 Python 3.5 后引入的通用函数，可以简化命令执行过程。subprocess.run(['ls', '-l'], capture_output=True, text=True) 会执行 ls -l 命令，并将输出捕获到 result.stdout 中，通过设置 capture_output=True 和 text=True，可以轻松获取字符串形式的输出结果。subprocess.run() 还支持 check 参数，当命令执行失败时（返回非零退出码），会抛出 CalledProcessError 异常，便于错误处理。
除了 subprocess.run()，subprocess 模块还提供了其他函数，如 subprocess.Popen，它更底层，适用于复杂的进程交互场景。Popen 可以创建一个进程对象，并允许手动管理输入、输出和错误流，通过 Popen 的 stdin、stdout 和 stderr 参数，可以实现与子进程的双向通信，这种灵活性使得 Popen 适合处理需要长时间运行的进程或需要实时交互的场景，但相比 run()，Popen 的使用更复杂，需要手动管理进程的生命周期。
os 模块中还提供了一些辅助函数，如 os.listdir() 用于列出目录内容，os.remove() 用于删除文件，os.makedirs() 用于创建目录等，这些函数虽然不直接执行系统命令，但提供了更高层次的文件系统操作接口，适用于常见的文件和目录管理任务。os.listdir('.') 会返回当前目录下的所有文件和文件夹列表，而无需调用 ls 命令，这些函数在跨平台时表现一致，因为它们会根据操作系统自动调用相应的底层实现。
在需要执行远程系统命令时,可以使用第三方库 fabric 和 paramiko。fabric 是一个基于 paramiko 的高级库，提供了简单的 API 来执行远程命令和文件传输，通过 fabric 的 Connection 对象，可以轻松连接到远程服务器并执行命令：with Connection('host') as conn: result = conn.run('ls -l')。fabric 还支持任务管理和并行执行，适合自动化运维场景，而 paramiko 是一个底层的 SSHv2 协议实现，提供了更细粒度的控制，如直接操作 SSH 通道、传输文件等，虽然 paramiko 的使用更复杂，但它提供了更高的灵活性和性能，适用于需要定制化 SSH 操作的场景。
以下是不同执行方式的对比表格：
| 方法 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
os.system() | 简单易用，兼容性好 | 无法捕获输出，存在安全隐患 | 快速执行简单命令，不关心输出 |
subprocess.run() | 功能强大，可捕获输出，支持错误处理 | 相对复杂，需要了解参数 | 需要获取命令输出或处理错误的场景 |
subprocess.Popen() | 灵活，支持复杂进程交互 | 使用复杂，需要手动管理进程 | 需要实时交互或管理长时间运行的进程 |
os 模块函数 | 跨平台，高层次的文件操作 | 无法执行复杂的系统命令 | 文件和目录管理任务 |
fabric/paramiko | 支持远程命令执行，适合自动化 | 需要额外安装，依赖 SSH | 远程服务器管理和自动化运维 |
在实际使用中,选择合适的方法取决于具体需求，如果只是简单执行命令且不关心输出，os.system() 仍然可用，但不推荐，大多数情况下，subprocess.run() 是最佳选择，因为它提供了良好的平衡，对于复杂的进程交互或远程操作，subprocess.Popen、fabric 或 paramiko 则更合适。
需要注意的是,执行系统命令时要注意安全性，避免直接拼接用户输入到命令中，以防命令注入攻击，使用 subprocess.run(['rm', user_input]) 而不是 subprocess.run('rm ' + user_input)，因为前者会将 user_input 作为参数传递，而不是直接拼接为命令字符串。
跨平台兼容性也是一个重要考虑因素,Windows 和 Unix-like 系统的命令语法不同，例如路径分隔符（\ vs ）和命令名称（dir vs ls），Python 的 os 模块提供了一些跨平台的解决方案，如 os.path.join() 用于拼接路径，但在执行命令时可能需要根据操作系统选择不同的命令或参数。
相关问答FAQs：
问：
subprocess.run()和subprocess.Popen()有什么区别？
答：subprocess.run()是一个高级接口，简化了命令执行过程，适合大多数场景，可以捕获输出、设置超时等，而subprocess.Popen()是一个低级接口，提供了更细粒度的控制，如手动管理进程的输入/输出流、实时与进程交互等。run()实际上是对Popen的封装，适用于不需要复杂进程管理的简单任务。问：如何安全地执行用户输入的系统命令？
答：避免直接拼接用户输入到命令字符串中，应使用参数列表的形式传递命令和参数，使用subprocess.run(['command', user_input])而不是subprocess.run('command ' + user_input)，可以验证用户输入，限制其只包含允许的字符或模式，或使用白名单机制过滤危险命令，对于远程命令执行，建议使用fabric或paramiko等库，它们提供了更安全的命令执行机制。
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