openEuler Conch沙箱引擎：AI Agent 需要什么样的“完整沙箱镜像”？图1

背景

AI Agent 作为具备独立思考与自主执行能力的智能体，其运行形态正从无状态容器演变为需要高频修改配置、安装动态依赖的有状态沙箱。当 Agent 需要在沙箱内修改系统配置、安装工具链、长时间执行复杂任务，并需要频繁在多节点间进行现场恢复（Resume）时，传统的容器镜像分发机制遇到了瓶颈。

OpenAtom openEuler（简称 “openEuler” 或 “开源欧拉”）推出的 Conch 正是针对这一场景设计的沙箱引擎。在上一篇文章已针对 Conch 进行了详细介绍。本文将深入其背后的架构设计，围绕以下核心问题展开介绍：

1.传统的 OCI 镜像为什么在 AI Agent 沙箱场景行不通？

2.业界做了什么，还缺什么？

3.针对业界的技术空白，Conch采取怎样的解法？用户如何使用Conch？

传统 OCI 镜像在 AI Agent 沙箱场景中的不足

AI Agent 沙箱已经从简单的进程运行载体，升级为可隔离、可动态修改、支持断点现场恢复的完整系统运行环境，镜像除了需要交付应用 rootfs，还必须承载沙箱启动依赖、多组件关联规则与任务运行现场恢复能力。传统 OCI 镜像虽然实现了 rootfs 的标准化打包、寻址与仓库分发，但落地到强隔离类 AI Agent 沙箱场景时，存在两大核心短板。

2.1 镜像覆盖范围有限，无法描述完整可启动沙箱

OCI 镜像仅以应用根文件系统为核心承载对象，只能打包业务程序、系统依赖、配置文件及分层元数据，仅能满足常规无状态容器部署场景。面向基于 MicroVM 的强隔离 Agent 沙箱时，仅依靠 rootfs 无法直接拉起完整运行环境：

沙箱启动必需的 Kernel、Initrd 等虚拟化引导组件，只能依托宿主机运行时单独配置维护，无法与业务镜像统一版本管理、同步分发与回滚；
缺少对任务运行现场的标准化描述能力，不能定义文件系统变更、虚拟机状态、内存上下文三者之间的绑定恢复关系，Agent 长任务中断后无法跨节点断点续跑、环境回滚。

简言之，传统 OCI 仅能说明应用包含哪些文件，却无法定义沙箱的启动方式、现场恢复规则以及各类依赖组件的配套关联逻辑。

2.2 沙箱多组件缺乏统一编排能力，分发与存储效率难以规模化优化

当前容器生态已具备成熟的 rootfs 数据面加速方案，eStargz、SOCI、Nydus 等工具依托索引预取、旁路元数据、块级存储优化、跨镜像去重等能力，实现了镜像按需拉取、快速启动，大幅优化了单一根文件系统的部署效率。

但这类优化方案的作用边界仅局限于 rootfs，并未对沙箱多组件做统一的标准化组织，一旦涉及内核、虚拟机快照、内存运行态等扩展资产，存在以下技术空白：

各类组件依赖关系没有显式索引定义，目标节点只能依靠外部脚本、人工约定重建关联，极易出现环境不一致问题；
只有 rootfs 支持镜像仓库标准化分发，内核、快照链、内存状态等资产需要单独传输配置，无法实现整套沙箱环境一键跨节点流转；
基础系统环境、启动组件、运行态快照混合管理，组件复用边界模糊，不利于环境灵活替换、资源复用以及后续精细化存储去重优化。

基于以上现状，Conch 在镜像语义层补齐完整沙箱的标准化资产表达能力，将rootfs、sandbox启动组件、可选 mem-snapshot 运行快照封装为可统一发布、拉取、解包、异地恢复的镜像制品。

现阶段 Conch 已完成存量 OCI 镜像向 native EROFS 格式的转换，依托 boot index 元数据实现多组件结构化编排管理；后续将持续落地块级按需加载、跨镜像块粒度去重、多类型存储后端适配等能力，进一步提升大规模 Agent 集群下沙箱镜像的流转与存储效率。

openEuler Conch沙箱引擎：AI Agent 需要什么样的“完整沙箱镜像”？图2

图1：OCI 镜像与 Conch 完整沙箱镜像格式对比图

对比传统 OCI 镜像与 Conch 完整沙箱镜像的表达范围：OCI 镜像主要覆盖应用 rootfs，而 Conch 通过 boot index 将 rootfs、sandbox 组件和可选 mem-snapshot 组织为可启动、可恢复的沙箱镜像资产。

Conch 的解法——完整沙箱镜像（Full-Sandbox-Image）

Conch 通过统一的镜像语义，将散落的组件打包成一个完整的、可分发的沙箱运行单元。

什么是完整沙箱

完整沙箱（Complete Sandbox）定义：指一个 AI Agent 任务运行、迁移、恢复所需的最小闭环要素集合。它不仅包含传统的文件系统（rootfs），还显式包含使其能运转的虚拟化边界组件（Kernel/Initrd）以及可选的运行现场（Memory State），并由统一的元数据索引（Boot Index）表达它们之间的强绑定恢复关系。

为适配完整沙箱的定义，Conch 在架构上定义两个核心对象：

sandbox-image (冷启动镜像)
sandbox-snapshot (热启动快照镜像)

核心名词定义与技术边界：

对象	解决的问题	不能直接解决的问题
传统 OCI 镜像	应用 rootfs 与 layer 元数据	应用内容标准化分发
sandbox-image	把已有 rootfs 变成可启动沙箱镜像	不包含某次运行后的内存现场
sandbox-snapshot	把运行现场变成可恢复、可分发镜像	需要在稳定时机 pause 并导出，不能代替所有运行时调度能力

openEuler Conch沙箱引擎：AI Agent 需要什么样的“完整沙箱镜像”？图3
图2：Conch Boot Index 与 Manifest 结构示意图

展示 Conch 如何基于 OCI Image Index，通过 io.conch.kind 等 annotation 区分 rootfs、sandbox、mem-snapshot 组件，并在 conch pull / unpack 后恢复本地 snapshotter 与组件关联关系。

核心工作流：镜像的制作与流转

Conch 当前的工作流围绕五个命令展开：

conch convert
conch push
conch snapshot export
conch pull
conch unpack

这套流程要解决的是端到端问题：从已有 OCI rootfs 出发，生成 Conch 原生镜像，发布到 registry，再在目标机拉取并恢复成本地可运行对象。

openEuler Conch沙箱引擎：AI Agent 需要什么样的“完整沙箱镜像”？图4
图3：Conch镜像工作流总览图

展示 Conch 从已有 OCI rootfs 出发，经过 conch convert 生成 sandbox-image，并通过 conch push / pull / unpack 完成分发与本地恢复；同时展示 conch convert --snapshot 和 conch snapshot export 生成 sandbox-snapshot 的两类快照路径。

4.1 从 OCI 镜像转成 sandbox-image

用户拥有一个普通的传统 OCI 镜像（如包含大量 Python AI 工具链的镜像），需要将其转换为 Conch 可直接拉起的完整沙箱镜像。第一步是执行：

conch convert --source docker.io/library/ubuntu:latest \  --kernel ./vmlinux-5.10 \  --initrd ./conch.initrd \  --tag localhost/conch/ai-agent-sandbox:v1

内部转换（Convert）细节

1.Rootfs 转换：Conch 提取原 OCI 镜像的各层 Layer，将其扁平化并直接转换为 Native EROFS（Enhanced Read-Only File System）格式。rootfs layer 被转换为 native EROFS rootfs，用于更适配沙箱场景的只读挂载、压缩存储，同时为后续块级懒加载、精细化去重能力预留扩展底座。

2.Sandbox 封装：将传入的 --kernel 和 --initrd 归档为沙箱特有的元数据组件。

3.元数据生成：创建描述两者绑定关系的 boot index，统一写入本地本地存储中，并形成可管理的镜像记录。

4.2 一步生成基础 sandbox-snapshot：conch convert --snapshot

除了生成普通 sandbox-image，conch convert 也支持通过 --snapshot参数直接生成带基础运行现场的 sandbox-snapshot：

conch convert --source docker.io/library/ubuntu:latest \  --kernel ./bzImage \  --initrd ./conch.initrd \  --snapshot \  -t localhost/conch/ubuntu-snapshot:latest

该执行路径会在完成 rootfs 格式转换、sandbox 组件封装后，自动创建沙箱实例并执行暂停操作，将生成的 mem-snapshot 与 rootfs、sandbox 的关联关系一同写入全新 boot index。该方式适合用于制作系统初始化完成后的基础启动态快照，可作为标准化环境复用的基准恢复点。

如果需要产出业务预热类快照，比如沙箱内完成依赖安装、工具链加载、Agent 初始化配置后的运行现场，更推荐先基于 sandbox-image 启动沙箱并完成环境预热，再通过 conch snapshot export --sandbox-id方式导出快照镜像。

4.3 打快照时机与 sandbox-snapshot 制作

打快照的关键时机：快照不能凭空构建，必须在沙箱运行到确定性的、高价值的稳定状态时触发。此时可以通过 Conch SDK 对正在运行的 sandbox 进行 pause 来生成快照，由于本文核心点在于沙箱镜像构建，所以仅针对快照镜像部分进行展开。

从业务使用场景来看，sandbox-snapshot 可分为两类典型应用场景：一类是环境预热后的 warmup-snapshot，多用于复用依赖部署、工具链初始化后的标准化环境；另一类是任务执行节点的 stage-snapshot，用于长周期 Agent 任务的断点保存、异常回滚与跨机续跑。

两类仅作为场景化命名，核心镜像资产仍统一为 sandbox-snapshot。

生成 sandbox-snapshot 共有三类常用入口：

conch convert --snapshot：基于存量 OCI rootfs 镜像，一键生成系统初始化后的基础启动态快照镜像。
conch snapshot export --sandbox-id：对正在运行的沙箱实例导出快照，命令内部会自动执行 pause 保证文件、虚拟机、内存三态一致性，生成可跨节点分发的快照镜像。
conch snapshot export --snapshot-id：依托已存在的稳定 rootfs 快照进行导出，无需执行 pause 操作，仅会解析现有元数据与快照依赖链，适合复用已固化的环境基线。

conch snapshot export 就是一个单独的cli指令，来对运行中的 sandbox 构建快照镜像，执行该命令时，会先对当前沙箱进行 pause，再对快照镜像进行导出。

conch snapshot export \  --sandbox-id <running-sandbox-id> \  -t localhost/conch/ai-agent-snapshot:v1

如果用户已经有一个 rootfs snapshot id，也可以从它出发导出：

conch snapshot export \  --snapshot-id <rootfs-snapshot-id> \  -t localhost/conch/ai-agent-snapshot:v1

导出过程中，Conch 会解析 rootfs snapshot 记录的 mem/sandbox 快照关系，找到对应快照链，再生成新的 boot index。最终得到的 sandbox-snapshot 可以理解为“带恢复现场的完整沙箱镜像”。

4.4 发布、拉取与恢复

标准 Registry 依靠 OCI 规范虽然能够利用 OCI Artifacts 存储任意扩展类型的描述文件与二进制 Blob，但它本身属于纯静态的内容寻址存储（Content-Addressable Storage），完全无法感知和处理 sandbox-image 和 sandbox-snapshot 内部组件以及沙箱启动时的内核解耦组装语义。

Conch 的闭环解法：基于 OCI descriptor 自定义 annotation 做能力扩展，完全遵循 OCI 兼容制品规范，无需对现有镜像仓库做任何改造。

Push 阶段：conch push分发的是 Conch boot index及其引用的组件内容，包括 native EROFS rootfs、sandbox组件（kernel/initrd）以及可选的 mem-snapshot相关快照链。Conch 会通过 boot index描述这些组件的类型、引用和恢复关系，而不是把它们当作普通容器 rootfs 处理。
Registry 视角：Registry 仍然看到的是可存储、可分发的 OCI artifact / manifest 与 blob 数据，因此可以按现有 registry 机制完成接收、保存和传输，但它并不会理解这些组件如何组成一个可启动或可恢复的沙箱。
Pull & Unpack 阶段：在另一台机器执行 conch pull 后，Conch 会解析 boot index和组件 annotation，识别 rootfs、sandbox、mem-snapshot等对象，并进入 Conch 专属 unpack 链路，在目标宿主机恢复 EROFS snapshotter、本地镜像记录以及快照关联关系，最终交给 Conch 运行时按冷启动或快照恢复路径拉起沙箱。

具体使用方式如下：

conch push支持直接传入本地镜像引用与远端镜像地址，无需提前执行 conch tag，可一次性完成远端仓库的版本推送。

conch push localhost/conch/ai-agent-sandbox:v1 hub.oepkgs.net/conch/ai-agent-sandbox:v1

conch pull会把 Conch 原生镜像拉回本地，并自动完成 unpack。

conch pull hub.oepkgs.net/conch/ai-agent-sandbox:v1

对于本地已经存在的镜像，也可以单独执行conch unpack：

conch unpack hub.oepkgs.net/conch/ai-agent-sandbox:v1

unpack 会把 boot index 中描述的组件关系恢复到本地 snapshotter：rootfs 进入 EROFS snapshotter，sandbox 和 mem-snapshot 的关联关系也被重建。这样，运行时拿到的就会是一组可以被 Conch 消费的本地对象。

原型示例

面向想使用 Conch 的开发者，最小验证可以沿着一条端到端链路完成：从已有 OCI rootfs 生成 sandbox-image，启动沙箱完成初始化，再导出 sandbox-snapshot，最后在目标机恢复。

这条链路主要验证三个问题：

已有 OCI rootfs 能否被转换成可启动的 sandbox-image
sandbox-image 经 registry 流转后，目标机能否自动 unpack 并恢复本地运行关系
运行中的沙箱能否导出为可分发、可恢复的 sandbox-snapshot

基本步骤如下：

1.执行 conch convert，从已有 OCI rootfs 生成 sandbox-image。

2.执行 conch push / conch pull，完成 registry 流转，并在目标机自动 unpack。

3.使用 sandbox-image 启动沙箱，验证 rootfs 与 sandbox 组件能够正确组合。

4.在沙箱内完成初始化或预热动作，例如安装依赖、写入配置、加载工具链。

5.执行 conch snapshot export --sandbox-id ...，将运行现场导出为 sandbox-snapshot。

6.将 sandbox-snapshot 发布并拉取到目标机，通过快照恢复路径启动沙箱。

通过这条链路，可以同时验证 sandbox-image 和 sandbox-snapshot 的核心价值：前者让已有 rootfs 变成可启动沙箱镜像，后者让运行现场变成跨机器可流转的恢复资产。

openEuler Conch沙箱引擎：AI Agent 需要什么样的“完整沙箱镜像”？图5
图4：Conch 完整沙箱镜像端到端验证流程

演示 Conch 镜像系统的最小验证链路：从 OCI rootfs 转换生成 sandbox-image，启动沙箱并导出 sandbox-snapshot，最终在目标环境通过快照镜像恢复沙箱运行状态。

总结与下一步计划

当前 Conch 镜像系统已经打通从 OCI rootfs 格式转换、sandbox-image 构建、三类路径生成 sandbox-snapshot、镜像仓库标准化分发、目标节点自动 pull&unpack 还原组件关系、沙箱冷启动/快照恢复的端到端完整业务闭环，可支撑 AI Agent 沙箱环境标准化交付、运行现场跨节点迁移与任务断点续跑的核心场景。

下一步迭代计划：