os 模块：文件路径、环境变量、系统命令

os 模块：文件路径、环境变量、系统命令

在软件开发与运维工作中，操作系统交互是核心能力之一：管理文件、读取环境变量、执行系统命令、处理路径差异，几乎贯穿开发、测试、部署、运维的每一个环节。Python 的 os 模块为开发者提供了高效、跨平台的接口，让程序可以方便地访问操作系统资源，同时保持代码可移植性和可维护性。

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一、os 模块概览

os 模块提供了以下几类功能：

1. 文件和目录操作：创建、删除、遍历、重命名
2. 路径处理：跨平台路径拼接、拆分、规范化
3. 环境变量：获取、设置、删除系统环境变量
4. 系统命令执行：运行外部命令、获取命令输出
5. 操作系统信息：获取当前工作目录、用户信息、系统类型等

这些功能在开发自动化脚本、测试工具、部署工具时极为重要。

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二、文件与目录操作

1. 基本操作

import os

# 获取当前工作目录
cwd = os.getcwd()
print(cwd)

# 列出目录下的文件
print(os.listdir("."))

# 创建目录
os.mkdir("test_dir")

# 创建多级目录
os.makedirs("parent/child", exist_ok=True)

# 重命名
os.rename("test_dir", "new_dir")

# 删除目录
os.rmdir("new_dir")
os.removedirs("parent/child")  # 删除多级目录

技巧：

• exist_ok=True 避免重复创建导致异常
• 使用 os.path.exists 判断文件/目录存在性

if not os.path.exists("data"):
    os.mkdir("data")

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2. 文件操作

# 检查是否为文件或目录
print(os.path.isfile("example.txt"))  # True/False
print(os.path.isdir("example.txt"))   # True/False

# 获取文件大小
print(os.path.getsize("example.txt"))

# 获取文件修改时间
print(os.path.getmtime("example.txt"))

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三、路径处理

os.path 模块提供跨平台路径处理方法：

# 拼接路径
file_path = os.path.join("folder", "subfolder", "file.txt")
print(file_path)

# 分割路径
dir_name, base_name = os.path.split(file_path)
print(dir_name, base_name)

# 获取文件扩展名
name, ext = os.path.splitext(base_name)
print(name, ext)

# 规范化路径
normalized = os.path.normpath("folder//subfolder/../file.txt")
print(normalized)

启示：

• 避免手动拼接路径（不同系统分隔符不同）
• 使用 os.path 保持跨平台兼容性

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四、环境变量操作

环境变量在配置、部署、系统参数管理中至关重要。

# 获取环境变量
path = os.environ.get("PATH")
print(path)

# 设置环境变量（仅对当前进程及子进程有效）
os.environ["MY_VAR"] = "123"
print(os.environ["MY_VAR"])

# 删除环境变量
os.environ.pop("MY_VAR", None)

应用场景：

• 控制程序行为：如 DEBUG 模式、日志级别
• 数据库连接参数、API 密钥管理
• CI/CD 自动化脚本中的系统配置

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五、执行系统命令

1. os.system

os.system("echo Hello, World!")

• 简单、直接
• 不易获取输出结果

2. 使用 os.popen 获取输出

stream = os.popen("ls -l")
output = stream.read()
print(output)

3. 高级推荐：结合 subprocess 模块（兼容性更好）

import subprocess

result = subprocess.run(["echo", "Hello"], capture_output=True, text=True)
print(result.stdout)

启示：

• os.system 用于简单命令或脚本执行
• 获取输出或处理错误时，subprocess 更强大、安全

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六、跨平台开发技巧

1. 使用 os.path.join 拼接路径，避免硬编码分隔符
2. 使用 os.sep、os.name 判断系统类型，实现不同系统逻辑
3. 文件权限管理：

os.chmod("script.sh", 0o755)  # 设置可执行权限

4. 避免直接修改系统环境变量，使用进程级变量或配置文件

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七、应用案例

1. 自动化日志管理

import os
import datetime

log_dir = "logs"
os.makedirs(log_dir, exist_ok=True)
today = datetime.date.today().isoformat()
log_file = os.path.join(log_dir, f"log_{today}.txt")

with open(log_file, "a") as f:
    f.write(f"{datetime.datetime.now()} - 系统启动\n")

2. 配置文件与环境变量结合

db_host = os.environ.get("DB_HOST", "localhost")
db_port = int(os.environ.get("DB_PORT", 3306))
print(f"连接数据库: {db_host}:{db_port}")

3. 脚本自动执行系统命令

backup_dir = "/tmp/backup"
os.makedirs(backup_dir, exist_ok=True)
for file in os.listdir("."):
    if file.endswith(".txt"):
        os.system(f"cp {file} {backup_dir}/")

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八、设计与使用启示

1. 抽象操作系统接口
   os 模块让开发者无需关注底层实现，专注于业务逻辑。

2. 增强跨平台能力
   os.path 和环境变量操作保证代码在 Windows、Linux、macOS 下一致运行。

3. 安全与可维护性

   • 避免直接执行用户输入的系统命令
   • 环境变量管理集中化，避免硬编码

4. 自动化与运维结合
   使用 os 模块可以轻松实现日志管理、文件整理、备份脚本、部署流程自动化。

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九、总结

Python 的 os 模块是操作系统交互的基石，掌握它可以让开发者：

• 高效管理文件与目录
• 安全处理环境变量
• 执行系统命令，实现自动化运维
• 构建跨平台、可维护的脚本和工具

启示：os 模块不仅是工具集合，更是一种操作系统抽象与自动化思维的体现。熟练使用它，能让开发者在开发、测试、运维各环节游刃有余，同时保持代码可移植性和可维护性。