Windows Sandbox轻量级桌面开启及使用教程
前言
（毫无预兆地，）咱们今天来聊一聊Windows Sandbox。
俗话说王老板可能会迟到，但永远不会缺席。（大雾）
虽然功能出来有一个多月了，官方介绍和网上各种教程已经满天飞了，但一般都只是把官方给出的“特性”和“使用条件”（谷歌翻译一下然后一字不改地）搬运过来，所以我们今天还有不少东西可以聊。
之前在IT之家投稿文章的评论区，有些网友说我前言废话太多且和正文无实际联系，我们今天就尝试一下少说废话。
开聊。
正文
我们将按照以下顺序介绍：
- 首先简单介绍一下什么是Windows Sandbox，我们会贴出官方的表述和我们自己的见解（[注：为便于理解会同时列出部分英文原文。]）；
- 如何开启并使用Windows Sandbox，搬运官方给出的步骤，之后列出我们自己的图文过程；
- 感兴趣的小伙伴可以接下去看，我们将会以简单易懂的方式介绍Sandbox所使用的的技术。
- 讲完上述部分，再自然而然地引出，Windows Sandbox和一般虚拟机的区别。
一、什么是Windows Sandbox
1、定义
Sandbox直译是沙盘，也叫沙盒或沙箱，特点是可以推倒重来、抹去使用痕迹，对外部环境不产生任何影响。
Windows Sandbox正是为“安全地运行应用程序”而量身定制。用户可以在这个独立且封闭的临时桌面环境里，运行不受信任的软件比如未知的exe文件，不会对宿主机系统造成任何影响。因为 Windows Sandbox 中安装的任何软件以及做出的任何文件变动，下次启动时将不复存在。
按照惯例我们先看一下官方给的表述：
Windows Sandbox is a new lightweight desktop environment tailored for safely running applications in isolation.
（谷歌）翻译过来：
Windows Sandbox是一种新的轻量级桌面环境，专为安全运行应用程序而量身定制。
这其实是更加侧重于功能性的描述，把侧重点放在实质上，我们会得出以下描述：
Windows Sandbox是一款轻量级的、每次启动加载固定快照的虚拟机。
为照顾到大部分读者，这里先稍微解释一下，用到哪些技术或如何实现下文再谈。
- 轻量级：由于大部分文件与宿主机共用，所以大小被控制在100MB左右；
- 每次启动加载固定快照：关闭之后会清除所有使用痕迹，再次启动会回到全新的系统状态。相当于首次启动时就建立了快照，之后每次启动都自动加载这一快照。
- 虚拟机：官方介绍中这样说道：“Windows Sandbox的核心是一个轻量级虚拟机”。本质上是Hyper-V在本地创建一个虚拟机，然后通过远程桌面协议（RDP）传输画面
- 系统镜像则是深度精简过的几乎与宿主机相同的系统，且诊断数据设置与宿主机保持一致。
2、特征
官方介绍中已足够详细且易于理解。
Windows Sandbox具有以下属性：
- Windows的一部分 - 此功能所需的一切都随Windows 10 Pro和Enterprise一起提供。无需下载VHD！
- 原始 - 每次Windows Sandbox运行时，它都像Windows的全新安装一样干净
- 一次性 - 设备上没有任何东西; 关闭应用程序后，一切都将被丢弃
安全 - 使用基于硬件的虚拟化进行内核隔离，后者依靠Microsoft的虚拟机管理程序运行单独的内核，将Windows Sandbox与主机隔离开来 - 高效 - 使用集成的内核调度程序，智能内存管理和虚拟GPU
二、开启与使用教程
1、官方表述
使用该功能的先决条件
- Windows 10 Pro或Enterprise Insider内部版本18305或更高版本
- AMD64架构
- 在BIOS中启用虚拟化功能
- 至少4GB的RAM（推荐8GB）
- 至少1 GB的可用磁盘空间（建议使用SSD）
- 至少2个CPU内核（建议使用4个内置超线程的内核）
快速开始
- 安装Windows 10 Pro或Enterprise，Insider build 18305或更新版本
-
启用虚拟化：
- 如果您使用的是物理机，请确保在BIOS中启用了虚拟化功能。
- 如果您使用的是虚拟机，请使用此PowerShell cmdlet启用嵌套虚拟化：
- Set-VMProcessor -VMName <VMName> -ExposeVirtualizationExtensions $ true
- 打开Windows功能，然后选择Windows Sandbox。选择“ 确定”以安装Windows Sandbox。系统可能会要求您重新启动计算机。
-
Windows Feature
- 使用“ 开始”菜单，找到Windows Sandbox，运行它并允许提升
- 从主机复制可执行文件
- 将可执行文件粘贴到Windows Sandbox的窗口中（在Windows桌面上）
- 在Windows Sandbox中运行可执行文件; 如果是安装程序，请继续安装
- 运行应用程序并像平常一样使用它
- 完成实验后，您只需关闭Windows Sandbox应用程序即可。所有沙盒内容都将被丢弃并永久删除
- 确认主机没有您在Windows Sandbox中进行的任何修改。
2、详细图文
（1）开启
使用先决条件：
- 官方表述中的“推荐配置”我们就不在赘述了，相信有需求的用户肯定满足
- Windows 10 Pro或Enterprise Insider内部版本18305或更高版本
- 在BIOS中启用虚拟化功能
虚拟化的类型上文也有提到，虚拟机的代码已给出。
物理机需要CPU支持，Intel平台的是Intel虚拟化技术（Intel-VT），AMD平台是AMD虚拟化技术（AMD-VT）。
比如我手中的本本：
开启Intel-VT
现在抱着小本本在穷乡僻壤码字，身边没有台式机、没有采集卡、没网、没流量，大家先将就看一下……
开启功能
Windows Sandbox功能需要在18305及更高版本的系统中手动开启，具体路径为控制面板 → 程序和功能 → 启用或关闭Windows功能 → 勾选Windows Sandbox。
点击确认后系统会自动搜索、下载所需文件，之后会重启两次，以配置更新的方式对系统做出改动。
启用或关闭Windows功能
（2）使用
重启之后并不能马上运行Windows Sandbox，开机之后会发现后台有镜像工具正在运行，磁盘占用很高，应该是在部署文件。
稍作等待就可以在开始菜单中找到Windows Sandbox。
首次运行开启需要一段时间，长短因机器而异，数十秒到几分钟都是可能的。
1. 进入桌面
进入后我们会看到和全新安装的系统同样的桌面，查看系统信息会发现系统版本和宿主机系统一致。
Windows SandBBox桌面环境
系统信息与宿主机一致
将Windows Sandbox窗口全屏我们将看到熟悉的远程桌面操作栏，也证实了我们之前的说法。
通过RDP传输画面
Windows Sandbox桌面环境中精简掉了很多与设计目的无关的功能和服务，但Powershell、命令提示符等系统工具都保留了下来。
系统工具
2. 进行文件操作
首先由于Windows Sandbox的设计目的是测试不信任的软件，所以删去了微软商店，开始菜单中的磁贴都是广告，点击无效，只可以通过.exe文件安装软件。Microsoft Store中下载的软件都是运行在APP Container中，本身就是安全的，所以这样设置也没有问题。
其次，Windows Sandbox中保留了Edge浏览器，应该是考虑到访问用户需要访问一些不信任或不行为太规矩的网站。
再次，由于安装和使用软件本质上也是对文件进行操作，所以我们这里仅通过文件的变动验证Windows Sandbox桌面环境是否如官方所说是“一次性”的。由于本质是虚拟机所以“隔离性”就不需要测了。
和其他Hyper-V虚拟机一样，Windows Sandbox与宿主机系统共享剪切板，但通过拖拽的形式传输文件是行不通的。
我们在宿主机系统新建一个文件，复制到Windows Sandbox中。
文件传输
3. 验证
我们先退出Windows Sandbox，这是系统会弹出对话框，询问是否确认关闭Windows Sandbox，提示一旦关闭临时桌面环境中所有文件将不会被保存且永久丢失。
关闭前二次确认
再次开启，发现果然系统焕然一新，恢复如初，之前传输的文件也已经没有了。
第二次运行
开启及使用教程到此结束，如果您还有兴趣可以接着往下看。
三、使用了哪些技术
首先感谢您看到这里。
在这部分我们将会带您解读官方介绍中关于“Windows Sandbox内核”的章节，我会尽量以通俗易懂的方式使大家理解Windows Sandbox使用了哪些技术、实现了哪些功能或特性。
1、 动态生成镜像 - Dynamically generated Image
上面我们提到，Windows Sandbox的核心是一个轻量级虚拟机，因此需要一个操作系统映像才能启动。而镜像也才100MB左右，这是如何实现的呢。
微软将Windows Sandbox所用镜像称之为“动态基本映像（dynamic base image）”，顾名思义是动态生成的，微软表示Windows Sandbox无需“像使用普通虚拟机那样下载新的VHD映像”，其实，不仅“无需”，而且不能。
Windows Sandbox镜像分为两部分，一部分是可变的（Mutable），另一部分是不可变的（Immutable）。可变文件这部分称为“基本镜像（base image）”，在未启动Windows Sandbox时以压缩包的形式存储，大小约25MB，安装后大概占用100MB的磁盘空间。
而不可变部分则是链接到宿主机系统的相关文件，也就是Windows Sandbox运行时直接调用相关文件，并不额外占用空间。这就是为何Windows Sandbox占用空间如此少的原因。
Dynamic Image
打个比方，基本动态镜像的生成和应用就像某种情况下我们去野外烧烤，我们自带食材，租用目的地商家的烤架和炭火等设施。我们自己带的食材对应可变部分，租用的设置对应的是不可变部分。
相应的，如果食材也是在目的地商家那边买的，就是云服务；如果食材和设施都是自带的就是本地计算机。
2、智能内存管理 - Smart memory management
前面我们提到Windows Sandbox是一个轻量级的桌面环境，所谓轻量级，就是占用资源较少，磁盘空间是一方面，系统性能也是一方面。
内存管理方面，微软采取的策略是“主机可以根据需要从沙盒中回收内存”。也就是说，当宿主机系统需要时间，可以将分给Windows Sandbox的内存调到更少的水平。
另外，由于Windows Sandbox基本上运行与宿主机相同的操作系统映像，微软还允许Windows Sandbox“通过我们称为“直接映射（Direct Map）”的技术使用与操作系统二进制文件的主机相同的物理内存页面”。说白了就是同一内存区域，可以同时供宿主机系统和Windows Sandbox同时访问，以此来实现节省内存。
Direct Map
打个比方就像是班主任在班里播放电影，班主任决定学生是否可以看、看多少，在看的同时班主任和学生看到的都是同样的内容。
3、集成内核调度程序 - Integrated kernel scheduler
这一项和上一项类似，让宿主机系统决定Windows Sandbox所需的虚拟处理器。
“允许以与为进程调度线程相同的方式调度沙箱的虚拟处理器。主机上的高优先级任务可以抢占沙箱中不太重要的工作。”
这样做的目的是宿主机系统将Windows Sandbox作为一个进程而不是虚拟机来管理，视为应用程序。
4、快照和克隆 - Snapshot and clone
这两种技术技术就是大家理解的虚拟机上的技术，目的是不需要每次启动时都花费启动系统的花销。
快照就是首次启动后将内存、CPU等设备状态存入硬盘。
克隆是“当我们需要一个新的Windows Sandbox实例时，我们可以从磁盘恢复沙箱环境并将其放入内存而不是启动它”。
5、图形虚拟化 - Graphics virtualization
既然是虚拟机，无法访问GPU等高级设备，也就需要图形化虚拟这一技术了。
官方描述的有些复杂，简单来说就是，微软和厂商合作，将现代图形虚拟化功能直接集成到DirectX和WDDM中，利用显卡驱动和系统组件，使得Windows Sandbox中运行的程序可以直接调用图形API，相当于在宿主机系统和Windows Sandbox之间搭了一座桥。
GPU virtualization for Sandbox
打个比方就是……额，网关……
四、Windows Sandbox和一般虚拟机的区别
讲完Windows Sandbox的特点，我们来讲和一般虚拟机的区别大家就很好理解了。
简单来说，区别主要显现在镜像。
- 一般虚拟机运行的是完整的系统镜像，而Windows Sandbox运行的是深度精简、轻量级的“动态基本镜像”；
- 一般虚拟机可以随意选择镜像版本，而Windows Sandbox的镜像则必须和宿主机系统保持一致，起码现在是这样；
- 一般虚拟机可以手动创建、删除、应用系统快照，而Windows Sandbox则是自动创建新系统的系统快照且每次启动都会自动部署；
后记
虽说Windows Sandbox是开发来当做测试环境的，不过也不是说就可以随心所欲地测试任何项目了。
在Windows Sandbox桌面环境中对文件的操作不会影响到宿主机系统，所以可以用来测试不信任的.exe文件，甚至是激活病毒，但请不要忘记，网络是连通的（×3）。
所以如果有新品种的WannaCry还是请谨慎对待，以及账号密码在哪都别轻易填写。
好了，今天先聊到这。
如有更好的见解，欢迎补充。
如有错误，也请麻烦指正。
拜拜~~~
