Python 自動化與腳本應用：系統資訊（os、platform、psutil）

簡介

在日常的自動化腳本或 CLI 工具開發中，取得系統資訊是最常見的需求之一。無論是要根據作業系統選擇不同的指令、檢查磁碟空間、監控 CPU 使用率，或是偵測執行環境的 Python 版本，正確且快速地取得這些資訊，都能讓程式更具彈性與可靠性。

Python 內建的 os、platform 模組提供了跨平台的基礎資訊查詢，而功能更完整、更易於擴充的第三方套件 psutil，則讓我們可以深入到系統資源的即時監控。掌握這三個模組的使用方式，能讓你在撰寫自動化腳本時，輕鬆完成以下任務：

判斷執行環境（Windows / macOS / Linux）
取得檔案路徑、環境變數與工作目錄
監控 CPU、記憶體、磁碟與網路使用狀況

本文將從概念說明、實作範例、常見陷阱與最佳實踐，逐步帶你建立完整的系統資訊腳本。

核心概念

1. `os` 模組：作業系統層面的基本操作

os 是 Python 標準函式庫中最常用的模組之一，提供了 檔案與目錄操作、環境變數、執行子程序 等功能。以下列出幾個常見的屬性與函式：

功能	主要函式/屬性	說明
取得目前工作目錄	`os.getcwd()`	回傳字串，例如 `C:\Users\Alice`
改變工作目錄	`os.chdir(path)`	變更當前工作目錄
列出目錄內容	`os.listdir(path='.')`	回傳檔案與子目錄列表
環境變數	`os.getenv(key, default=None)`	讀取環境變數
執行系統指令	`os.system(cmd)`、`os.popen(cmd)`	執行外部指令，返回狀態或輸出

小技巧：在跨平台腳本中，盡量使用 os.path（如 os.path.join）來組合路徑，避免硬編碼斜線 \ 或 /。

2. `platform` 模組：辨識作業系統與硬體資訊

platform 提供了 更高層次的系統資訊，包括作業系統名稱、版本、處理器架構等。常用的函式包括：

platform.system() – 回傳 'Windows'、'Linux'、'Darwin'（macOS）
platform.release() – 作業系統的發行版號（如 '10'、'5.4.0-42-generic'）
platform.version() – 完整的版本字串
platform.machine() – 硬體平台（如 'x86_64'）
platform.python_version() – 執行的 Python 版本

這些資訊在 條件分支（如不同 OS 執行不同指令）時非常有用。

3. `psutil`：即時系統資源監控的全能工具

psutil（process and system utilities）是一個跨平台的第三方套件，提供 CPU、記憶體、磁碟、網路、進程 等即時資訊。安裝方式：

pip install psutil

常見的 API：

功能	主要函式/屬性	說明
CPU 使用率	`psutil.cpu_percent(interval=1)`	取得 CPU 使用率（%）
CPU 核心數	`psutil.cpu_count(logical=False)`	物理核心數
記憶體資訊	`psutil.virtual_memory()`	回傳 `total`, `available`, `percent` 等屬性
磁碟使用率	`psutil.disk_usage(path)`	取得磁碟空間使用情況
網路流量	`psutil.net_io_counters()`	取得傳送/接收位元組數
進程列表	`psutil.process_iter(attrs=None)`	迭代所有執行中的程式

注意：psutil 會直接呼叫底層系統 API，取得的數據通常比 os/platform 更精確，但在某些受限環境（如容器）可能需要額外權限。

程式碼範例

以下示範 5 個實用範例，涵蓋 os、platform、psutil 的核心功能。每段程式碼皆附有說明註解，方便直接貼上使用。

範例 1：取得並切換工作目錄

import os

# 取得當前工作目錄
current_dir = os.getcwd()
print(f"目前工作目錄: {current_dir}")

# 切換到使用者的 home 目錄
home_dir = os.path.expanduser("~")
os.chdir(home_dir)
print(f"已切換至: {os.getcwd()}")

說明：os.path.expanduser("~") 能在 Windows、Linux、macOS 都正確返回使用者的 home 目錄。

範例 2：列出系統環境變數與特定變數

import os

# 列出全部環境變數（僅示範前 5 筆）
for i, (key, value) in enumerate(os.environ.items()):
    if i >= 5: break
    print(f"{key} = {value}")

# 取得 PATH 變數，若不存在則回傳預設值
path_var = os.getenv("PATH", "")
print("\nPATH 變數長度:", len(path_var))

範例 3：辨識作業系統並執行對應指令

import platform
import os

system = platform.system()
print(f"偵測到的作業系統: {system}")

if system == "Windows":
    # 使用 Windows 內建的 dir 指令
    os.system("dir")
elif system == "Linux" or system == "Darwin":
    # Linux/macOS 使用 ls -la
    os.system("ls -la")
else:
    print("未支援的作業系統")

重點：使用 platform.system() 而非 os.name，可得到更具可讀性的結果。

範例 4：使用 psutil 監控 CPU 與記憶體

import psutil
import time

def show_cpu_mem():
    cpu = psutil.cpu_percent(interval=1)  # 1 秒取樣
    mem = psutil.virtual_memory()
    print(f"CPU 使用率: {cpu}%")
    print(f"記憶體使用率: {mem.percent}% ({mem.used // (1024**2)} MB / {mem.total // (1024**2)} MB)")

# 每 5 秒顯示一次
while True:
    show_cpu_mem()
    time.sleep(5)

說明：psutil.cpu_percent(interval=1) 會阻塞 1 秒以取得較準確的使用率；若傳入 interval=0，則回傳瞬間值（但可能不準確）。

範例 5：取得磁碟與網路統計，並以表格方式輸出

import psutil
from tabulate import tabulate   # pip install tabulate

# 磁碟使用率
disk = psutil.disk_usage('/')
disk_info = [
    ["磁碟路徑", "/"],
    ["總容量", f"{disk.total // (1024**3)} GB"],
    ["已使用", f"{disk.used // (1024**3)} GB"],
    ["剩餘", f"{disk.free // (1024**3)} GB"],
    ["使用率", f"{disk.percent}%"]
]

# 網路流量
net = psutil.net_io_counters()
net_info = [
    ["傳送位元組", f"{net.bytes_sent // (1024**2)} MB"],
    ["接收位元組", f"{net.bytes_recv // (1024**2)} MB"],
    ["傳送封包", net.packets_sent],
    ["接收封包", net.packets_recv]
]

print("=== 磁碟資訊 ===")
print(tabulate(disk_info, tablefmt="github"))
print("\n=== 網路資訊 ===")
print(tabulate(net_info, tablefmt="github"))

補充：tabulate 能讓輸出更易讀，非必要時可直接 print。

常見陷阱與最佳實踐

陷阱	說明	解決方案
硬編碼路徑分隔符	直接使用 `\` 或 `/` 會在跨平台時出錯。	使用 `os.path.join()`、`os.path.sep`，或 `pathlib.Path`。
忽略 `psutil` 的權限需求	在某些容器或受限帳號下，`psutil` 可能拋出 `AccessDenied`。	捕捉例外 `psutil.AccessDenied`，或以非特權方式取得資料（如僅讀 `/proc`）。
使用 `os.system` 直接拼接指令	可能造成命令注入或在特殊字元下失敗。	改用 `subprocess.run([...], capture_output=True, text=True)`，並提供列表形式的參數。
過度頻繁的資源輪詢	每秒呼叫 `psutil.cpu_percent()` 會增加 CPU 負擔。	設定合理的輪詢間隔（如 5~10 秒），或使用事件驅動的監控方案。
忽視多核心 CPU	`psutil.cpu_percent()` 預設回傳所有核心的平均值。	若需每核心資料，使用 `psutil.cpu_percent(percpu=True)`。

最佳實踐：

抽象化系統資訊：將 os、platform、psutil 的呼叫封裝在獨立的函式或類別，讓主程式只關心「我要什麼資訊」而非「怎麼取得」。
使用 pathlib：相較於 os.path，pathlib.Path 提供面向物件的路徑操作，更直觀且支援型別提示。
加入日誌：在自動化腳本中，使用 logging 記錄取得的系統資訊與錯誤，有助於除錯與審計。
測試跨平台：在 CI/CD 流程加入 Windows、Linux、macOS 的測試，確保腳本在不同環境都能正常執行。

實際應用場景

場景	需求	可能的實作方式
部署前檢查	確認目標機器的 OS、Python 版本與磁碟空間是否符合需求。	使用 `platform.system()`、`platform.python_version()`、`psutil.disk_usage()`，產生檢查報告。
資源監控儀表板	定時收集 CPU、記憶體、網路流量，並推送至 Grafana/Prometheus。	透過 `psutil` 取得指標，使用 `requests` 上傳至 Pushgateway。
自動化測試環境清理	在測試結束後刪除特定目錄、釋放暫存檔。	利用 `os.listdir()`、`os.remove()`、`shutil.rmtree()` 搭配 `platform.system()` 判斷路徑。
跨平台 CLI 工具	根據 OS 使用不同的執行檔或指令。	`platform.system()` 判斷後，呼叫 `subprocess.run([...])` 執行相應的二進位檔。
安全稽核	檢查系統上是否有不允許的進程在執行。	使用 `psutil.process_iter()` 列舉所有進程，過濾出可疑名稱並記錄。

總結

本篇文章從 基礎的 os、platform 到 功能強大的 psutil，系統性說明了在 Python 自動化與 CLI 開發中，取得與監控系統資訊的常用方法。透過實作範例，你可以：

快速取得工作目錄、環境變數，並在跨平台腳本中安全地操作檔案路徑。
辨識作業系統與硬體平台，讓腳本能依環境自動調整行為。
即時監控 CPU、記憶體、磁碟與網路，為資源管理或監控儀表板提供可靠數據。

在實務中，別忘了 避免硬編碼、妥善處理權限與例外、使用 subprocess 取代 os.system，以及 將系統資訊抽象化，讓程式碼更具可讀性與可維護性。希望你能將本文的概念與範例直接套用到自己的自動化腳本或 CLI 工具中，提升開發效率與程式品質。祝你玩得開心，寫出更穩定、更智慧的 Python 自動化程式！