在Python开发过程中，经常需要执行Linux系统命令来完成各种任务，如文件操作、系统状态检查等。Python提供了多种方式来调用和执行系统命令，其中os模块和subprocess模块是最常用的两种。本文将详细介绍如何在Python代码中执行Linux命令，并结合实际案例来演示这些方法的使用。
一、使用os模块执行Linux命令
1.1 os.system()
os.system()函数是os模块中最直接执行系统命令的方式。它会执行指定的命令并等待命令执行完成，然后返回命令的退出状态码。退出状态码为0通常表示命令执行成功，非0值表示执行失败。
示例代码：
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import os
# 执行ls命令并打印结果
result = os.system('ls -l')
print(f"命令执行结果: {result}")
# 如果需要获取命令的输出，则此方法不适用，因为os.system()不直接返回命令的输出。
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1.2 os.popen()
os.popen()函数可以执行命令并返回一个文件对象，你可以像操作文件一样读取命令的输出。这种方式比os.system()更灵活，因为它允许你获取命令的输出。
示例代码：
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import os
# 使用os.popen执行命令并读取输出
with os.popen('ls -l') as command:
for line in command:
print(line, end='')
# 注意：os.popen()在Python 3.x中已被标记为不推荐使用，推荐使用subprocess模块。
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二、使用subprocess模块执行Linux命令
subprocess模块提供了更强大和灵活的执行系统命令的功能。它允许你创建新的进程，连接到它们的输入/输出/错误管道，并获取它们的返回码。
2.1 subprocess.run()
subprocess.run()是Python 3.5及以上版本中推荐使用的函数，用于执行命令并等待其完成。它返回一个CompletedProcess实例，其中包含命令的输出、错误输出和返回码。
示例代码：
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import subprocess
# 执行ls命令并捕获输出
result = subprocess.run(['ls', '-l'], capture_output=True, text=True)
# 检查命令是否成功执行
if result.returncode == 0:
print(f"命令输出:\n{result.stdout}")
else:
print(f"命令执行失败，错误输出:\n{result.stderr}")
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2.2 subprocess.Popen()
subprocess.Popen()用于创建新的进程，并且不等待命令执行完成。它返回一个Popen对象，允许你与子进程进行交互。这种方式提供了更细粒度的控制，比如可以实时获取命令的输出。
示例代码：
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import subprocess
# 使用Popen执行命令并实时获取输出
process = subprocess.Popen(['ls', '-l'], stdout=subprocess.PIPE, text=True)
# 读取输出
for line in process.stdout:
print(line, end='')
# 等待子进程完成
process.wait()
# 检查命令是否成功执行
if process.returncode == 0:
print("命令执行成功")
else:
print("命令执行失败")
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2.3 subprocess.call()
subprocess.call()执行指定的命令，并等待命令执行完成。它返回命令的退出状态码，但不提供直接获取命令输出的方式。
示例代码：
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import subprocess
# 执行命令并获取退出状态码
result = subprocess.call(['ls', '-l'])
# 检查命令是否成功执行
if result == 0:
print("命令执行成功")
else:
print("命令执行失败")
# 注意：如果需要获取命令的输出，请使用subprocess.run()或subprocess.Popen()。
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三、使用sh模块执行Linux命令
sh是一个第三方库，提供了一个更简洁和友好的方式来执行系统命令。它模仿了Shell的语法和行为，使得在Python中执行Shell命令变得更加容易。
安装sh模块：
首先，你需要安装sh模块。可以通过pip来安装：
示例代码：
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import sh
# 创建一个ls命令对象
ls = sh.Command("ls")
# 执行命令，并将结果输出到终端
ls("-l")
# 或者，你可以捕获命令的输出
output = ls("-l", _out=sh.piping.PIPE)
print(output.stdout.decode('utf-8')) # 注意解码输出，因为sh库默认返回bytes
# 使用sh库执行带参数的命令也很直观
grep = sh.Command("grep")
result = grep("some_text", "some_file.txt")
if result.exit_code == 0:
print("找到匹配项:", result.stdout.decode('utf-8'))
else:
print("未找到匹配项")
# sh库还提供了管道和重定向的支持
cat = sh.Command("cat")
sort = sh.Command("sort")
# 管道示例：将cat的输出传递给sort
sorted_output = (cat("input.txt") | sort)()
print(sorted_output.stdout.decode('utf-8'))
# 注意：在上面的管道示例中，我们使用了Python的管道操作符 `|`，但在 `sh` 库中是通过特殊方式实现的。
# 实际使用时，需要在括号内调用整个管道表达式，如上例所示。
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四、安全注意事项
在Python中执行系统命令时，需要特别注意安全问题，特别是当命令或命令的参数来自不可信的源时。以下是一些安全建议：
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避免命令注入：如果命令的某部分（如参数）来自用户输入，请确保不要直接将其插入到命令字符串中。使用列表形式（如subprocess.run(['ls', '-l'])）而不是字符串形式（如subprocess.run('ls -l')），因为列表形式能够更好地处理包含空格、引号等特殊字符的参数。
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限制权限：确保执行命令的进程没有不必要的权限。例如，如果命令不需要写入文件系统的权限，则不要以root用户身份运行Python脚本。
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验证输入：在将输入用于命令之前，验证其是否符合预期格式和范围。
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使用安全的库：对于复杂的需求，考虑使用专门为此设计的库，这些库可能已经解决了安全问题和边缘情况。
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记录和监控：对执行的命令和结果进行记录和监控，以便在出现问题时能够进行回溯和调查。
五、进阶用法与技巧
5.1 异步执行命令
如果你需要在不阻塞主程序的情况下执行系统命令，可以考虑使用异步编程。Python的asyncio库可以与subprocess模块结合使用，通过asyncio.create_subprocess_exec()或asyncio.create_subprocess_shell()函数来异步执行命令。
示例代码（使用asyncio.create_subprocess_exec()）：
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import asyncio
async def run_command(cmd, *args):
# 创建子进程
process = await asyncio.create_subprocess_exec(
cmd, *args,
stdout=asyncio.subprocess.PIPE,
stderr=asyncio.subprocess.PIPE,
)
# 等待子进程完成
stdout, stderr = await process.communicate()
# 解码输出
if stdout:
print(f'[stdout]\n{stdout.decode()}')
if stderr:
print(f'[stderr]\n{stderr.decode()}')
# 异步执行ls命令
asyncio.run(run_command('ls', '-l'))
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注意：在这个例子中，我们使用了asyncio.run()来运行异步函数，这是Python 3.7及以上版本中推荐的方式。
5.2 捕获命令的实时输出
如果你想要实时捕获命令的输出，而不是等待命令执行完成后再一次性获取输出，你可以使用subprocess.Popen()结合多线程或多进程来实现。但更简洁的方法是使用asyncio（如果适用）或threading模块中的Thread类，并设置stdout=subprocess.PIPE来读取输出。
然而，由于subprocess.Popen().stdout是一个阻塞的流，直接使用可能会遇到问题。一个常见的解决方案是使用io.TextIOWrapper的readline()方法，结合循环来逐行读取输出。
示例代码（使用threading和subprocess.Popen()）：
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import subprocess
import threading
def read_output(proc):
for line in iter(proc.stdout.readline, b''):
print(line.decode('utf-8').strip())
# 创建并启动子进程
proc = subprocess.Popen(['tail', '-f', 'some_log_file.log'], stdout=subprocess.PIPE, text=True)
# 启动线程来读取输出
t = threading.Thread(target=read_output, args=(proc,))
t.start()
# 注意：这个例子中使用了tail -f来模拟实时输出。你可能需要其他方式来停止线程，
# 比如设置某个标志位，并在read_output函数中检查这个标志位来决定是否退出循环。
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5.3 使用环境变量
有时，你可能需要在执行命令时设置或修改环境变量。subprocess.run()和subprocess.Popen()都允许你通过env参数来指定一个环境变量字典。
示例代码：
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import subprocess
# 设置环境变量
env = os.environ.copy()
env["MY_VAR"] = "some_value"
# 执行命令，使用自定义的环境变量
result = subprocess.run(['echo', '$MY_VAR'], shell=True, env=env, text=True)
print(result.stdout) # 注意：在shell=True时，环境变量替换由shell完成，而不是Python。
# 如果不想使用shell=True（出于安全考虑），你可能需要修改命令字符串来直接引用环境变量
# 但这通常不适用于动态设置的环境变量，因为命令字符串在Python中就已经被解析了。
# 对于这种情况，你可能需要寻找其他方法来将环境变量传递给命令。
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注意：在上面的echo示例中，由于我们使用了shell=True，环境变量替换实际上是由shell完成的，而不是Python。这意呀着$MY_VAR会被shell替换为环境变量MY_VAR的值。然而，出于安全考虑，通常建议避免使用shell=True，除非你能确保传递给shell的命令是安全的。
六、总结
在Python中执行Linux命令是一个强大且灵活的功能，可以通过多种方法实现。os模块提供了基本的命令执行功能，但subprocess模块因其灵活性和强大功能而被广泛推荐。此外，第三方库如sh也提供了更加简洁和易于使用的接口。无论使用哪种方法，都需要注意安全问题，并避免命令注入等潜在风险。同时，通过结合异步编程和线程/进程管理等技术，你可以实现更加复杂和高效的命令执行逻辑。
