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DeepSeek冲sandbox规模,港新团队卷环境密度:Agent RL吞吐提升6.2 倍!

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智猩猩AI整理

论文二作投稿

DeepSeek 联合清华把 sandbox 的并发规模推到了数十万量级,另一个问题也随之浮现:

在单个 sandbox 内部,环境本身还能不能更“密”?

近期,来自 A*STAR、香港科技大学、新加坡国立大学、南洋理工大学等机构的港新研究团队提出CUA-Sandbox,从系统层面给出了答案。


DeepSeek 主要在扩大 sandbox 的规模,这项工作则重新定义了单个 sandbox 内部的环境密度:环境隔离的单位不再是“整套运行时”,而是“可变状态”。

在 WebArena、VisualWebArena 和 OSWorld 上,任务成功率与 Docker 持平或更高,rollout 吞吐提升2.22–6.20 倍,内存最多节省9.2 倍,存储最多节省504 倍。

01

Agentic RL 的瓶颈正在转向环境

Computer-use agent(CUA)通过与人相同的界面操作网页、应用和操作系统,任务范围已从网页扩展到桌面、移动端,乃至跨应用的长程工作流。

训练这类智能体越来越依赖强化学习:智能体需要在真实可执行的软件环境中反复交互,才能持续改进。

环境供给因此成为基础设施问题。

近期 DeepSeek 与清华大学发布的DSec系统,峰值并发超过38 万个 sandbox,日均创建约300 万个,并与 RL 框架深度协同设计。

训练的瓶颈,正在从“模型会不会想”转向“环境供不供得起”。

不过,DSec 解决的主要是集群层面的调度与供给:如何同时拉起足够多的 sandbox。

在每个 sandbox 的内部,环境的组织方式基本沿用了传统做法。CUA-Sandbox 关注的正是这一层:同样的资源,能否承载更多相互独立的环境。

02

环境之间真正需要隔离的是什么?

每条 rollout 都会修改文件、会话、数据库或应用状态,因此并行轨迹需要相互独立的可变环境。

目前常见的做法,是为每个环境启动一整套容器、虚拟机或应用栈。

即便两条轨迹之间只差 agent 动作带来的少量状态,同样的软件也要重复初始化一次。

内存和生命周期开销随环境数量线性增长,固定资源预算下能收集的经验也随之受限。

已有工作从不同方向降低成本。

世界模型和代码生成环境提供了更廉价的经验,但保真度受限于它们所能刻画的动态;

容器和 microVM 保留了真实执行,近期工作也在压缩启动与 checkpoint 开销,但“一个环境对应一套初始化好的运行时”这一前提始终没有改变。

研究团队由此提出一个更底层的问题:一个独立的computer-use 环境,是否必须拥有一套独立的执行运行时?

他们的观察是:应用代码和已初始化的服务可以在 rollout 之间共享,真正需要分叉的只有可变状态。


图1|(a) 传统 sandbox 为每个 rollout 分配完整的运行时与状态;(b) CUA-Sandbox 共享已初始化的进程,每个环境只持有私有的状态胶囊

03

状态即隔离单元

CUA-Sandbox 让多个逻辑环境共享同一套常驻的应用运行时,每个环境只持有自己的私有状态胶囊(state capsule)。系统分为三个层面:

  • 执行平面:浏览器、Web 服务、数据库、桌面等运行时常驻并共享;

  • 状态平面:每个逻辑环境对应一个状态胶囊,系统根据 environment ID 和binding table把动作路由到正确的胶囊,再产生 observation 与 reward;

  • 控制平面:reset、snapshot、clone、fork 均以事务化方式执行。


图 2|CUA-Sandbox 架构与执行流程:任务感知的胶囊构建、binding table 路由,以及事务化的 reset / clone / fork

(一)识别可变状态

方法的第一步,是找出决定后续 observation 和 reward 的可变资源。

研究团队为每类任务定义了一份资源契约(resource contract),由任务初始化流程、评测器依赖和应用状态规范共同构建,列出任务需要的数据库、用户文件、浏览器 profile、服务状态和界面资源,并为每种资源指定后端适配器与生命周期策略。

例如,两条 Shopping rollout 可以共用同一个应用服务器,同时各自访问独立的数据库和会话状态。

没有细粒度适配器的资源会退回到粗粒度的私有后端,以更大的私有边界换取正确性。

(二)构建状态胶囊

研究团队按照状态需要被保存的方式,把它分为三类:

  • 权威状态(authoritative),如数据库和用户创建的文件:在不可变的基础数据之上,以写时复制(CoW)的私有增量形式保存;

  • 派生状态(derived),如缓存和搜索索引:使用私有命名空间,在重建比复制更便宜时按需重建;

  • 临时状态(ephemeral),如临时 IPC 端点和显示资源:在胶囊激活时重新创建。

三类状态的后端各不相同,但都属于同一个逻辑环境。

每个胶囊带有环境标识、代际编号(generation)和一份 manifest,记录各组件的版本与依赖。

只有当所有必需组件都准备就绪,manifest 才会提交,从而保证数据库分支、文件 overlay 和应用 profile 作为同一代状态一起推进。

(三)按状态执行

每个动作在执行时都携带环境标识,控制平面先解析该环境当前的绑定,并获取一个代际租约(generation lease)。

对权威资源而言,读操作看到的是“基础数据 + 本环境私有分支”的组合视图,写操作则只落在私有分支上。

派生服务和临时接口通过各环境独立的命名空间与端点选择。

该动作引发的请求、回调和后台任务都继承同一上下文,observation 和评测器读取的也是同一代状态。

研究团队强调,共享进程本身并不等于隔离。

运行时共享要求三个条件同时成立:

资源绑定完整、各环境的可写状态互不相交、一次操作始终处于同一代状态。

只有在每一项契约资源都完成绑定之后,执行上下文才会被标记为就绪。

绑定粒度则随应用而定:

Web 服务可以按请求选择私有状态,浏览器和桌面交互则需要会话级的 profile、配置、显示和消息总线端点。

无论哪种情况,agent 看到的仍是原始的交互接口。

(四)事务化的生命周期

reset、clone、fork 等操作都会改变环境的状态,如果在请求执行到一半时切换,就可能出现前后两代状态混用的情况。

为此,状态切换遵循freeze → drain → stage → 原子发布的流程:

先冻结路由、拒绝新请求,再排空在途请求,然后准备好后继胶囊,最后把新的代际编号和 manifest 一起原子地发布。

代际租约保证仍在执行的工作只绑定在旧版本上,切换之后的过期请求会被拒绝。

(五)运行时复用

由于状态和运行时被解耦,已物化的胶囊数量不必等于同时活跃的执行上下文数量。

系统维护逻辑环境,按需分配物理执行槽位,不活跃的环境只以胶囊形式保留。

重新绑定一个槽位时,系统先让当前上下文静默,挂载目标胶囊,重建临时资源并更新路由,通过就绪检查后再交付使用。

槽位本身没有固定的环境身份,N 个逻辑环境因此可以复用 Q 个物理槽位。

对于无法安全共享的资源,系统退回私有后端,原有的软件接口和评测器保持不变。

04

实验:效果持平,

效率大幅提升

研究团队在 WebArena、VisualWebArena 和 OSWorld 上进行了三类实验:配对推理、匹配的智能体后训练,以及系统开销测量。

三个 benchmark 均使用原始的任务接口和官方评测器,对照组为各 benchmark 官方的 Docker 环境。

推理实验覆盖 GPT-5.6-Terra、Qwen3.5-9B、Muse-Glimmer-30B 和 Gemma-4-31B-IT 四个模型。

每一组对比都使用相同的模型、prompt、解码设置、交互步数上限、任务接口和评测器,使执行后端成为唯一的主要变量。

后训练实验以 Qwen3.8-27B 为教师模型、Qwen3.5-4B 为学生模型:

两种后端下分别独立收集教师的成功轨迹构建 SFT 数据,随后在与轨迹收集相同的后端上进行 on-policy RL。

(一)推理:更换执行后端不影响成功率

在 4 个模型、3 个 benchmark 共 12 组对比中,CUA-Sandbox 的成功率均不低于 Docker。例如,GPT-5.6-Terra 在 OSWorld 上从 67.29% 提升到70.62%。

表1|相同执行配置下的推理成功率(%),阴影行为 CUA-Sandbox


(二)训练:SFTRL的收益得以保留

以 Qwen3.5-4B 依次进行 Base → SFT → RL 训练,两种后端带来的 RL 增益几乎一致(WebArena 上为 +3.08 与 +2.95 个百分点,OSWorld 上为 +3.87 与 +3.88 个百分点),CUA-Sandbox 的最终分数持平或略高。

资源的节省并没有以牺牲训练效果为代价。

表2|Qwen3.5-4B 训练前后的成功率(%),Δ 为 RL 相对 SFT 的提升



(三)效率:吞吐、内存与存储全面改善

在 8 个并发环境的设置下:

  • 吞吐提升2.22–6.20 倍:VisualWebArena 上,环境准备时间从 10.404 秒降至0.504 秒,batch 耗时从 44.762 秒降至7.215 秒,吞吐从 0.179 提升到1.109 envs/s;

  • 内存最多节省9.2 倍:OSWorld 单环境内存从 2,653.8 MiB 降至 837.3 MiB;

  • 存储最多节省504 倍:Web 环境从 6,503.70 MiB 降至12.90 MiB。


图 3|8 个并发环境下的 rollout 效率(对数坐标):紫色斜纹为 CUA-Sandbox,灰色为 Docker 官方 sandbox

细分到具体站点和生命周期操作:

  • VisualWebArena Shopping 的 create 加速15.17 倍,fork 加速17.84 倍;

  • Reddit 的存储节省达9,535 倍,GitLab 的内存节省达51.2 倍。

表3|传统环境开销与 CUA-Sandbox 开销之比(×),越大越好



(四)消融实验:拆分各组件的贡献

研究团队依次去掉写时复制、非数据库状态管理和事务化发布,分别考察它们对开销与正确性的影响:

  • 写时复制:在 3.6 GB 的 Shopping 胶囊上,去掉 CoW 后,create 从 0.071 秒升至 5.476 秒(77.1 倍),checkpoint 从 0.082 秒升至 4.695 秒(57.3 倍),fork 从 0.054 秒升至 4.772 秒(88.4 倍),存储增量从 0.11 MiB 增至3.67 GiB。CoW 省掉的主要是状态物化的开销。

  • 非数据库状态管理:在 WebArena task 21 上,纳入非数据库状态使准备时间增加 0.844 秒、reset 增加 1.086 秒,4 个 HTTP 就绪探针均返回 200。这是覆盖数据库之外资源所需付出的代价。

  • 事务化发布:在 100 次压力测试中,直接发布每一次都出现了混代执行和在途请求期间发布;完整协议下两类问题均为0 次,并拒绝了路由冻结期间发出的全部 100 个请求。状态复用必须配合协调一致的状态切换。


图 4|组件消融:(a) 写时复制;(b) 非数据库状态管理;(c) 事务化发布

附录中针对 8 个逻辑环境的进一步消融显示:

官方 Docker 的运行时内存为 15,560 MiB;仅引入 CoW、保持独立运行时,只降至 13,882 MiB;同时共享运行时,则降至3,261 MiB。

可见内存节省主要来自运行时共享,而 CoW 主要降低存储和生命周期开销(可写存储从 52.99 GiB 降至 23.19 GiB)。

需要指出的是,上述主实验均在 8 个并发环境下测量。

附录补充了 4 个和 16 个并发环境的结果,趋势一致:

16 个并发环境下,WebArena 上 CUA-Sandbox 的吞吐为 0.324 envs/s,Docker 为 0.132;单环境内存为 436.1 MiB,Docker 为 2,082.6 MiB。

VisualWebArena 上的吞吐为 0.732 envs/s,Docker 为 0.208。并发从 4 增加到 16 时,CUA-Sandbox 的单环境内存基本保持稳定(WebArena 从 492.9 MiB 降至 436.1 MiB),共享运行时带来的节省没有随并发增长而被稀释。

论文还给出了一个资源模型来解释收益来源。

内存方面,节省来自两部分:一是共享运行时、避免重复初始化;二是部分轨迹不活跃时,只需保留胶囊而不必占用执行槽位。

存储方面,节省来自已初始化的可写状态,而非重复的只读镜像。

生命周期操作虽然省去了重建整套运行时,但仍需付出静默、状态准备、重新绑定和就绪检查的开销,延迟取决于具体后端和私有状态的大小。

05

当 fork 的成本趋近于复制一份状态

研究团队在结论中归纳了这一设计的取舍:写时复制避免了状态物化,非数据库适配器带来可测量但有限的额外开销,事务化发布则保证了生命周期的一致性。

方法的前提是资源契约和绑定覆盖足够完整;在无法确认可以安全共享的地方,系统保留私有后端,正确性优先。

更大规模的并发扫描、更多样的写入模式和更长的轨迹,是下一步需要刻画的共享边界。

CUA-Sandbox 的意义也不止于节省资源。

当 fork 一个环境的成本趋近于复制一份状态,一些过去因环境过重而难以落地的训练范式有了新的可能,例如从任意中间状态分叉多条轨迹、树搜索式 rollout,以及低成本的回退与重试。

集群级调度解决的是“环境跑不跑得起”,状态级隔离决定的是“环境能便宜到什么程度”。

两者结合,才构成 agentic RL 真正的 scaling 基础。

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