]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - README.md
we don't need unstable options
[rust.git] / README.md
1 # Miri
2
3 [![Actions build status][actions-badge]][actions-url]
4
5 [actions-badge]: https://github.com/rust-lang/miri/workflows/CI/badge.svg?branch=master
6 [actions-url]: https://github.com/rust-lang/miri/actions
7
8 An experimental interpreter for [Rust][rust]'s
9 [mid-level intermediate representation][mir] (MIR). It can run binaries and
10 test suites of cargo projects and detect certain classes of
11 [undefined behavior](https://doc.rust-lang.org/reference/behavior-considered-undefined.html),
12 for example:
13
14 * Out-of-bounds memory accesses and use-after-free
15 * Invalid use of uninitialized data
16 * Violation of intrinsic preconditions (an [`unreachable_unchecked`] being
17   reached, calling [`copy_nonoverlapping`] with overlapping ranges, ...)
18 * Not sufficiently aligned memory accesses and references
19 * Violation of *some* basic type invariants (a `bool` that is not 0 or 1, for example,
20   or an invalid enum discriminant)
21 * **Experimental**: Violations of the [Stacked Borrows] rules governing aliasing
22   for reference types
23 * **Experimental**: Data races
24
25 On top of that, Miri will also tell you about memory leaks: when there is memory
26 still allocated at the end of the execution, and that memory is not reachable
27 from a global `static`, Miri will raise an error.
28
29 Miri supports almost all Rust language features; in particular, unwinding and
30 concurrency are properly supported (including some experimental emulation of
31 weak memory effects, i.e., reads can return outdated values).
32
33 You can use Miri to emulate programs on other targets, e.g. to ensure that
34 byte-level data manipulation works correctly both on little-endian and
35 big-endian systems. See
36 [cross-interpretation](#cross-interpretation-running-for-different-targets)
37 below.
38
39 Miri has already discovered some [real-world bugs](#bugs-found-by-miri). If you
40 found a bug with Miri, we'd appreciate if you tell us and we'll add it to the
41 list!
42
43 However, be aware that Miri will **not catch all cases of undefined behavior**
44 in your program, and cannot run all programs:
45
46 * There are still plenty of open questions around the basic invariants for some
47   types and when these invariants even have to hold. Miri tries to avoid false
48   positives here, so if your program runs fine in Miri right now that is by no
49   means a guarantee that it is UB-free when these questions get answered.
50
51     In particular, Miri does currently not check that references point to valid data.
52 * If the program relies on unspecified details of how data is laid out, it will
53   still run fine in Miri -- but might break (including causing UB) on different
54   compiler versions or different platforms.
55 * Program execution is non-deterministic when it depends, for example, on where
56   exactly in memory allocations end up, or on the exact interleaving of
57   concurrent threads. Miri tests one of many possible executions of your
58   program. You can alleviate this to some extent by running Miri with different
59   values for `-Zmiri-seed`, but that will still by far not explore all possible
60   executions.
61 * Miri runs the program as a platform-independent interpreter, so the program
62   has no access to most platform-specific APIs or FFI. A few APIs have been
63   implemented (such as printing to stdout, accessing environment variables, and
64   basic file system access) but most have not: for example, Miri currently does
65   not support networking. System API support varies between targets; if you run
66   on Windows it is a good idea to use `--target x86_64-unknown-linux-gnu` to get
67   better support.
68 * Weak memory emulation may [produce weak behaviours](https://github.com/rust-lang/miri/issues/2301)
69   unobservable by compiled programs running on real hardware when `SeqCst` fences are used, and it
70   cannot produce all behaviors possibly observable on real hardware.
71
72 [rust]: https://www.rust-lang.org/
73 [mir]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/1211-mir.md
74 [`unreachable_unchecked`]: https://doc.rust-lang.org/stable/std/hint/fn.unreachable_unchecked.html
75 [`copy_nonoverlapping`]: https://doc.rust-lang.org/stable/std/ptr/fn.copy_nonoverlapping.html
76 [Stacked Borrows]: https://github.com/rust-lang/unsafe-code-guidelines/blob/master/wip/stacked-borrows.md
77
78
79 ## Using Miri
80
81 Install Miri on Rust nightly via `rustup`:
82
83 ```sh
84 rustup +nightly component add miri
85 ```
86
87 If `rustup` says the `miri` component is unavailable, that's because not all
88 nightly releases come with all tools. Check out
89 [this website](https://rust-lang.github.io/rustup-components-history) to
90 determine a nightly version that comes with Miri and install that using `rustup
91 toolchain install nightly-YYYY-MM-DD`. Either way, all of the following commands
92 assume the right toolchain is pinned via `rustup override set nightly` or
93 `rustup override set nightly-YYYY-MM-DD`. (Alternatively, use `cargo
94 +nightly`/`cargo +nightly-YYYY-MM-DD` for each of the following commands.)
95
96 Now you can run your project in Miri:
97
98 1. Run `cargo clean` to eliminate any cached dependencies. Miri needs your
99    dependencies to be compiled the right way, that would not happen if they have
100    previously already been compiled.
101 2. To run all tests in your project through Miri, use `cargo miri test`.
102 3. If you have a binary project, you can run it through Miri using `cargo miri run`.
103
104 The first time you run Miri, it will perform some extra setup and install some
105 dependencies. It will ask you for confirmation before installing anything.
106
107 `cargo miri run/test` supports the exact same flags as `cargo run/test`. For
108 example, `cargo miri test filter` only runs the tests containing `filter` in
109 their name.
110
111 You can pass arguments to Miri via `MIRIFLAGS`. For example,
112 `MIRIFLAGS="-Zmiri-disable-stacked-borrows" cargo miri run` runs the program
113 without checking the aliasing of references.
114
115 When compiling code via `cargo miri`, the `cfg(miri)` config flag is set for code
116 that will be interpret under Miri. You can use this to ignore test cases that fail
117 under Miri because they do things Miri does not support:
118
119 ```rust
120 #[test]
121 #[cfg_attr(miri, ignore)]
122 fn does_not_work_on_miri() {
123     tokio::run(futures::future::ok::<_, ()>(()));
124 }
125 ```
126
127 There is no way to list all the infinite things Miri cannot do, but the
128 interpreter will explicitly tell you when it finds something unsupported:
129
130 ```
131 error: unsupported operation: can't call foreign function: bind
132     ...
133     = help: this is likely not a bug in the program; it indicates that the program \
134             performed an operation that the interpreter does not support
135 ```
136
137 ### Cross-interpretation: running for different targets
138
139 Miri can not only run a binary or test suite for your host target, it can also
140 perform cross-interpretation for arbitrary foreign targets: `cargo miri run
141 --target x86_64-unknown-linux-gnu` will run your program as if it was a Linux
142 program, no matter your host OS. This is particularly useful if you are using
143 Windows, as the Linux target is much better supported than Windows targets.
144
145 You can also use this to test platforms with different properties than your host
146 platform. For example `cargo miri test --target mips64-unknown-linux-gnuabi64`
147 will run your test suite on a big-endian target, which is useful for testing
148 endian-sensitive code.
149
150 ### Running Miri on CI
151
152 To run Miri on CI, make sure that you handle the case where the latest nightly
153 does not ship the Miri component because it currently does not build. `rustup
154 toolchain install --component` knows how to handle this situation, so the
155 following snippet should always work:
156
157 ```sh
158 rustup toolchain install nightly --component miri
159 rustup override set nightly
160
161 cargo miri test
162 ```
163
164 Here is an example job for GitHub Actions:
165
166 ```yaml
167   miri:
168     name: "Miri"
169     runs-on: ubuntu-latest
170     steps:
171       - uses: actions/checkout@v3
172       - name: Install Miri
173         run: |
174           rustup toolchain install nightly --component miri
175           rustup override set nightly
176           cargo miri setup
177       - name: Test with Miri
178         run: cargo miri test
179 ```
180
181 The explicit `cargo miri setup` helps to keep the output of the actual test step
182 clean.
183
184 ### Testing for alignment issues
185
186 Miri can sometimes miss misaligned accesses since allocations can "happen to be"
187 aligned just right. You can use `-Zmiri-symbolic-alignment-check` to definitely
188 catch all such issues, but that flag will also cause false positives when code
189 does manual pointer arithmetic to account for alignment. Another alternative is
190 to call Miri with various values for `-Zmiri-seed`; that will alter the
191 randomness that is used to determine allocation base addresses. The following
192 snippet calls Miri in a loop with different values for the seed:
193
194 ```
195 for SEED in $({ echo obase=16; seq 0 255; } | bc); do
196   echo "Trying seed: $SEED"
197   MIRIFLAGS=-Zmiri-seed=$SEED cargo miri test || { echo "Failing seed: $SEED"; break; };
198 done
199 ```
200
201 ### Supported targets
202
203 Miri does not support all targets supported by Rust. The good news, however, is
204 that no matter your host OS/platform, it is easy to run code for *any* target
205 using `--target`!
206
207 The following targets are tested on CI and thus should always work (to the
208 degree documented below):
209
210 - The best-supported target is `x86_64-unknown-linux-gnu`. Miri releases are
211   blocked on things working with this target. Most other Linux targets should
212   also work well; we do run the test suite on `i686-unknown-linux-gnu` as a
213   32bit target and `mips64-unknown-linux-gnuabi64` as a big-endian target.
214 - `x86_64-apple-darwin` should work basically as well as Linux. We also test
215   `aarch64-apple-darwin`. However, we might ship Miri with a nightly even when
216   some features on these targets regress.
217 - `x86_64-pc-windows-msvc` works, but supports fewer features than the Linux and
218   Apple targets. For example, file system access and concurrency are not
219   supported on Windows. We also test `i686-pc-windows-msvc`, with the same
220   reduced feature set. We might ship Miri with a nightly even when some features
221   on these targets regress.
222
223 ### Common Problems
224
225 When using the above instructions, you may encounter a number of confusing compiler
226 errors.
227
228 #### "note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace"
229
230 You may see this when trying to get Miri to display a backtrace. By default, Miri
231 doesn't expose any environment to the program, so running
232 `RUST_BACKTRACE=1 cargo miri test` will not do what you expect.
233
234 To get a backtrace, you need to disable isolation
235 [using `-Zmiri-disable-isolation`][miri-flags]:
236
237 ```sh
238 RUST_BACKTRACE=1 MIRIFLAGS="-Zmiri-disable-isolation" cargo miri test
239 ```
240
241 #### "found possibly newer version of crate `std` which `<dependency>` depends on"
242
243 Your build directory may contain artifacts from an earlier build that have/have
244 not been built for Miri. Run `cargo clean` before switching from non-Miri to
245 Miri builds and vice-versa.
246
247 #### "found crate `std` compiled by an incompatible version of rustc"
248
249 You may be running `cargo miri` with a different compiler version than the one
250 used to build the custom libstd that Miri uses, and Miri failed to detect that.
251 Try deleting `~/.cache/miri`.
252
253 #### "no mir for `std::rt::lang_start_internal`"
254
255 This means the sysroot you are using was not compiled with Miri in mind.  This
256 should never happen when you use `cargo miri` because that takes care of setting
257 up the sysroot.  If you are using `miri` (the Miri driver) directly, see the
258 [contributors' guide](CONTRIBUTING.md) for how to use `./miri` to best do that.
259
260
261 ## Miri `-Z` flags and environment variables
262 [miri-flags]: #miri--z-flags-and-environment-variables
263
264 Miri adds its own set of `-Z` flags, which are usually set via the `MIRIFLAGS`
265 environment variable. We first document the most relevant and most commonly used flags:
266
267 * `-Zmiri-compare-exchange-weak-failure-rate=<rate>` changes the failure rate of
268   `compare_exchange_weak` operations. The default is `0.8` (so 4 out of 5 weak ops will fail).
269   You can change it to any value between `0.0` and `1.0`, where `1.0` means it
270   will always fail and `0.0` means it will never fail. Note than setting it to
271   `1.0` will likely cause hangs, since it means programs using
272   `compare_exchange_weak` cannot make progress.
273 * `-Zmiri-disable-isolation` disables host isolation.  As a consequence,
274   the program has access to host resources such as environment variables, file
275   systems, and randomness.
276 * `-Zmiri-isolation-error=<action>` configures Miri's response to operations
277   requiring host access while isolation is enabled. `abort`, `hide`, `warn`,
278   and `warn-nobacktrace` are the supported actions. The default is to `abort`,
279   which halts the machine. Some (but not all) operations also support continuing
280   execution with a "permission denied" error being returned to the program.
281   `warn` prints a full backtrace when that happens; `warn-nobacktrace` is less
282   verbose. `hide` hides the warning entirely.
283 * `-Zmiri-env-exclude=<var>` keeps the `var` environment variable isolated from the host so that it
284   cannot be accessed by the program. Can be used multiple times to exclude several variables. The
285   `TERM` environment variable is excluded by default to [speed up the test
286   harness](https://github.com/rust-lang/miri/issues/1702). This has no effect unless
287   `-Zmiri-disable-isolation` is also set.
288 * `-Zmiri-env-forward=<var>` forwards the `var` environment variable to the interpreted program. Can
289   be used multiple times to forward several variables. This takes precedence over
290   `-Zmiri-env-exclude`: if a variable is both forwarded and exluced, it *will* get forwarded. This
291   means in particular `-Zmiri-env-forward=TERM` overwrites the default exclusion of `TERM`.
292 * `-Zmiri-ignore-leaks` disables the memory leak checker, and also allows some
293   remaining threads to exist when the main thread exits.
294 * `-Zmiri-permissive-provenance` disables the warning for integer-to-pointer casts and
295   [`ptr::from_exposed_addr`](https://doc.rust-lang.org/nightly/std/ptr/fn.from_exposed_addr.html).
296   This will necessarily miss some bugs as those operations are not efficiently and accurately
297   implementable in a sanitizer, but it will only miss bugs that concern memory/pointers which is
298   subject to these operations.
299 * `-Zmiri-preemption-rate` configures the probability that at the end of a basic block, the active
300   thread will be preempted. The default is `0.01` (i.e., 1%). Setting this to `0` disables
301   preemption.
302 * `-Zmiri-report-progress` makes Miri print the current stacktrace every now and then, so you can
303   tell what it is doing when a program just keeps running. You can customize how frequently the
304   report is printed via `-Zmiri-report-progress=<blocks>`, which prints the report every N basic
305   blocks.
306 * `-Zmiri-seed=<hex>` configures the seed of the RNG that Miri uses to resolve non-determinism. This
307   RNG is used to pick base addresses for allocations, to determine preemption and failure of
308   `compare_exchange_weak`, and to control store buffering for weak memory emulation. When isolation
309   is enabled (the default), this is also used to emulate system entropy. The default seed is 0. You
310   can increase test coverage by running Miri multiple times with different seeds. **NOTE**: This
311   entropy is not good enough for cryptographic use! Do not generate secret keys in Miri or perform
312   other kinds of cryptographic operations that rely on proper random numbers.
313 * `-Zmiri-strict-provenance` enables [strict
314   provenance](https://github.com/rust-lang/rust/issues/95228) checking in Miri. This means that
315   casting an integer to a pointer yields a result with 'invalid' provenance, i.e., with provenance
316   that cannot be used for any memory access.
317 * `-Zmiri-symbolic-alignment-check` makes the alignment check more strict.  By default, alignment is
318   checked by casting the pointer to an integer, and making sure that is a multiple of the alignment.
319   This can lead to cases where a program passes the alignment check by pure chance, because things
320   "happened to be" sufficiently aligned -- there is no UB in this execution but there would be UB in
321   others.  To avoid such cases, the symbolic alignment check only takes into account the requested
322   alignment of the relevant allocation, and the offset into that allocation.  This avoids missing
323   such bugs, but it also incurs some false positives when the code does manual integer arithmetic to
324   ensure alignment.  (The standard library `align_to` method works fine in both modes; under
325   symbolic alignment it only fills the middle slice when the allocation guarantees sufficient
326   alignment.)
327
328 The remaining flags are for advanced use only, and more likely to change or be removed.
329 Some of these are **unsound**, which means they can lead
330 to Miri failing to detect cases of undefined behavior in a program.
331
332 * `-Zmiri-disable-abi-check` disables checking [function ABI]. Using this flag
333   is **unsound**.
334 * `-Zmiri-disable-alignment-check` disables checking pointer alignment, so you
335   can focus on other failures, but it means Miri can miss bugs in your program.
336   Using this flag is **unsound**.
337 * `-Zmiri-disable-data-race-detector` disables checking for data races.  Using
338   this flag is **unsound**. This implies `-Zmiri-disable-weak-memory-emulation`.
339 * `-Zmiri-disable-stacked-borrows` disables checking the experimental
340   [Stacked Borrows] aliasing rules.  This can make Miri run faster, but it also
341   means no aliasing violations will be detected.  Using this flag is **unsound**
342   (but the affected soundness rules are experimental).
343 * `-Zmiri-disable-validation` disables enforcing validity invariants, which are
344   enforced by default.  This is mostly useful to focus on other failures (such
345   as out-of-bounds accesses) first.  Setting this flag means Miri can miss bugs
346   in your program.  However, this can also help to make Miri run faster.  Using
347   this flag is **unsound**.
348 * `-Zmiri-disable-weak-memory-emulation` disables the emulation of some C++11 weak
349   memory effects.
350 * `-Zmiri-measureme=<name>` enables `measureme` profiling for the interpreted program.
351    This can be used to find which parts of your program are executing slowly under Miri.
352    The profile is written out to a file with the prefix `<name>`, and can be processed
353    using the tools in the repository https://github.com/rust-lang/measureme.
354 * `-Zmiri-mute-stdout-stderr` silently ignores all writes to stdout and stderr,
355   but reports to the program that it did actually write. This is useful when you
356   are not interested in the actual program's output, but only want to see Miri's
357   errors and warnings.
358 * `-Zmiri-panic-on-unsupported` will makes some forms of unsupported functionality,
359   such as FFI and unsupported syscalls, panic within the context of the emulated
360   application instead of raising an error within the context of Miri (and halting
361   execution). Note that code might not expect these operations to ever panic, so
362   this flag can lead to strange (mis)behavior.
363 * `-Zmiri-retag-fields` changes Stacked Borrows retagging to recurse into fields.
364   This means that references in fields of structs/enums/tuples/arrays/... are retagged,
365   and in particular, they are protected when passed as function arguments.
366 * `-Zmiri-track-alloc-id=<id1>,<id2>,...` shows a backtrace when the given allocations are
367   being allocated or freed.  This helps in debugging memory leaks and
368   use after free bugs. Specifying this argument multiple times does not overwrite the previous
369   values, instead it appends its values to the list. Listing an id multiple times has no effect.
370 * `-Zmiri-track-call-id=<id1>,<id2>,...` shows a backtrace when the given call ids are
371   assigned to a stack frame.  This helps in debugging UB related to Stacked
372   Borrows "protectors". Specifying this argument multiple times does not overwrite the previous
373   values, instead it appends its values to the list. Listing an id multiple times has no effect.
374 * `-Zmiri-track-pointer-tag=<tag1>,<tag2>,...` shows a backtrace when a given pointer tag
375   is created and when (if ever) it is popped from a borrow stack (which is where the tag becomes invalid 
376   and any future use of it will error).  This helps you in finding out why UB is
377   happening and where in your code would be a good place to look for it.
378   Specifying this argument multiple times does not overwrite the previous
379   values, instead it appends its values to the list. Listing a tag multiple times has no effect.
380
381 [function ABI]: https://doc.rust-lang.org/reference/items/functions.html#extern-function-qualifier
382
383 Some native rustc `-Z` flags are also very relevant for Miri:
384
385 * `-Zmir-opt-level` controls how many MIR optimizations are performed.  Miri
386   overrides the default to be `0`; be advised that using any higher level can
387   make Miri miss bugs in your program because they got optimized away.
388 * `-Zalways-encode-mir` makes rustc dump MIR even for completely monomorphic
389   functions.  This is needed so that Miri can execute such functions, so Miri
390   sets this flag per default.
391 * `-Zmir-emit-retag` controls whether `Retag` statements are emitted. Miri
392   enables this per default because it is needed for [Stacked Borrows].
393
394 Moreover, Miri recognizes some environment variables:
395
396 * `MIRI_AUTO_OPS` indicates whether the automatic execution of rustfmt, clippy and rustup-toolchain
397   should be skipped. If it is set to any value, they are skipped. This is used for avoiding
398   infinite recursion in `./miri` and to allow automated IDE actions to avoid the auto ops.
399 * `MIRI_LOG`, `MIRI_BACKTRACE` control logging and backtrace printing during
400   Miri executions, also [see "Testing the Miri driver" in `CONTRIBUTING.md`][testing-miri].
401 * `MIRIFLAGS` (recognized by `cargo miri` and the test suite) defines extra
402   flags to be passed to Miri.
403 * `MIRI_LIB_SRC` defines the directory where Miri expects the sources of the
404   standard library that it will build and use for interpretation. This directory
405   must point to the `library` subdirectory of a `rust-lang/rust` repository
406   checkout. Note that changing files in that directory does not automatically
407   trigger a re-build of the standard library; you have to clear the Miri build
408   cache manually (on Linux, `rm -rf ~/.cache/miri`).
409 * `MIRI_SYSROOT` (recognized by `cargo miri` and the test suite) indicates the
410   sysroot to use. Only set this if you do not want to use the automatically
411   created sysroot. (The `miri` driver sysroot is controlled via the `--sysroot`
412   flag instead.)
413 * `MIRI_TEST_TARGET` (recognized by the test suite and the `./miri` script) indicates which target
414   architecture to test against.  `miri` and `cargo miri` accept the `--target` flag for the same
415   purpose.
416 * `MIRI_NO_STD` (recognized by `cargo miri` and the test suite) makes sure that the target's
417   sysroot is built without libstd. This allows testing and running no_std programs.
418 * `MIRI_BLESS` (recognized by the test suite) overwrite all `stderr` and `stdout` files
419   instead of checking whether the output matches.
420 * `MIRI_SKIP_UI_CHECKS` (recognized by the test suite) don't check whether the
421   `stderr` or `stdout` files match the actual output. Useful for the rustc test suite
422   which has subtle differences that we don't care about.
423
424 The following environment variables are *internal* and must not be used by
425 anyone but Miri itself. They are used to communicate between different Miri
426 binaries, and as such worth documenting:
427
428 * `MIRI_BE_RUSTC` can be set to `host` or `target`. It tells the Miri driver to
429   actually not interpret the code but compile it like rustc would. With `target`, Miri sets
430   some compiler flags to prepare the code for interpretation; with `host`, this is not done.
431   This environment variable is useful to be sure that the compiled `rlib`s are compatible
432   with Miri.
433 * `MIRI_CALLED_FROM_XARGO` is set during the Miri-induced `xargo` sysroot build,
434   which will re-invoke `cargo-miri` as the `rustc` to use for this build.
435 * `MIRI_CALLED_FROM_RUSTDOC` when set to any value tells `cargo-miri` that it is
436   running as a child process of `rustdoc`, which invokes it twice for each doc-test
437   and requires special treatment, most notably a check-only build before interpretation.
438   This is set by `cargo-miri` itself when running as a `rustdoc`-wrapper.
439 * `MIRI_CWD` when set to any value tells the Miri driver to change to the given
440   directory after loading all the source files, but before commencing
441   interpretation. This is useful if the interpreted program wants a different
442   working directory at run-time than at build-time.
443 * `MIRI_LOCAL_CRATES` is set by `cargo-miri` to tell the Miri driver which
444   crates should be given special treatment in diagnostics, in addition to the
445   crate currently being compiled.
446 * `MIRI_VERBOSE` when set to any value tells the various `cargo-miri` phases to
447   perform verbose logging.
448
449 [testing-miri]: CONTRIBUTING.md#testing-the-miri-driver
450
451 ## Miri `extern` functions
452
453 Miri provides some `extern` functions that programs can import to access
454 Miri-specific functionality:
455
456 ```rust
457 #[cfg(miri)]
458 extern "Rust" {
459     /// Miri-provided extern function to mark the block `ptr` points to as a "root"
460     /// for some static memory. This memory and everything reachable by it is not
461     /// considered leaking even if it still exists when the program terminates.
462     ///
463     /// `ptr` has to point to the beginning of an allocated block.
464     fn miri_static_root(ptr: *const u8);
465
466     // Miri-provided extern function to get the amount of frames in the current backtrace.
467     // The `flags` argument must be `0`.
468     fn miri_backtrace_size(flags: u64) -> usize;
469
470     /// Miri-provided extern function to obtain a backtrace of the current call stack.
471     /// This writes a slice of pointers into `buf` - each pointer is an opaque value
472     /// that is only useful when passed to `miri_resolve_frame`.
473     /// `buf` must have `miri_backtrace_size(0) * pointer_size` bytes of space.
474     /// The `flags` argument must be `1`.
475     fn miri_get_backtrace(flags: u64, buf: *mut *mut ());
476
477     /// Miri-provided extern function to resolve a frame pointer obtained
478     /// from `miri_get_backtrace`. The `flags` argument must be `1`,
479     /// and `MiriFrame` should be declared as follows:
480     ///
481     /// ```rust
482     /// #[repr(C)]
483     /// struct MiriFrame {
484     ///     // The size of the name of the function being executed, encoded in UTF-8
485     ///     name_len: usize,
486     ///     // The size of filename of the function being executed, encoded in UTF-8
487     ///     filename_len: usize,
488     ///     // The line number currently being executed in `filename`, starting from '1'.
489     ///     lineno: u32,
490     ///     // The column number currently being executed in `filename`, starting from '1'.
491     ///     colno: u32,
492     ///     // The function pointer to the function currently being executed.
493     ///     // This can be compared against function pointers obtained by
494     ///     // casting a function (e.g. `my_fn as *mut ()`)
495     ///     fn_ptr: *mut ()
496     /// }
497     /// ```
498     ///
499     /// The fields must be declared in exactly the same order as they appear in `MiriFrame` above.
500     /// This function can be called on any thread (not just the one which obtained `frame`).
501     fn miri_resolve_frame(frame: *mut (), flags: u64) -> MiriFrame;
502
503     /// Miri-provided extern function to get the name and filename of the frame provided by `miri_resolve_frame`.
504     /// `name_buf` and `filename_buf` should be allocated with the `name_len` and `filename_len` fields of `MiriFrame`.
505     /// The flags argument must be `0`.
506     fn miri_resolve_frame_names(ptr: *mut (), flags: u64, name_buf: *mut u8, filename_buf: *mut u8);
507
508     /// Miri-provided extern function to begin unwinding with the given payload.
509     ///
510     /// This is internal and unstable and should not be used; we give it here
511     /// just to be complete.
512     fn miri_start_panic(payload: *mut u8) -> !;
513 }
514 ```
515
516 ## Contributing and getting help
517
518 If you want to contribute to Miri, great!  Please check out our
519 [contribution guide](CONTRIBUTING.md).
520
521 For help with running Miri, you can open an issue here on
522 GitHub or use the [Miri stream on the Rust Zulip][zulip].
523
524 [zulip]: https://rust-lang.zulipchat.com/#narrow/stream/269128-miri
525
526 ## History
527
528 This project began as part of an undergraduate research course in 2015 by
529 @solson at the [University of Saskatchewan][usask].  There are [slides] and a
530 [report] available from that project.  In 2016, @oli-obk joined to prepare Miri
531 for eventually being used as const evaluator in the Rust compiler itself
532 (basically, for `const` and `static` stuff), replacing the old evaluator that
533 worked directly on the AST.  In 2017, @RalfJung did an internship with Mozilla
534 and began developing Miri towards a tool for detecting undefined behavior, and
535 also using Miri as a way to explore the consequences of various possible
536 definitions for undefined behavior in Rust.  @oli-obk's move of the Miri engine
537 into the compiler finally came to completion in early 2018.  Meanwhile, later
538 that year, @RalfJung did a second internship, developing Miri further with
539 support for checking basic type invariants and verifying that references are
540 used according to their aliasing restrictions.
541
542 [usask]: https://www.usask.ca/
543 [slides]: https://solson.me/miri-slides.pdf
544 [report]: https://solson.me/miri-report.pdf
545
546 ## Bugs found by Miri
547
548 Miri has already found a number of bugs in the Rust standard library and beyond, which we collect here.
549
550 Definite bugs found:
551
552 * [`Debug for vec_deque::Iter` accessing uninitialized memory](https://github.com/rust-lang/rust/issues/53566)
553 * [`Vec::into_iter` doing an unaligned ZST read](https://github.com/rust-lang/rust/pull/53804)
554 * [`From<&[T]> for Rc` creating a not sufficiently aligned reference](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54908)
555 * [`BTreeMap` creating a shared reference pointing to a too small allocation](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54957)
556 * [`Vec::append` creating a dangling reference](https://github.com/rust-lang/rust/pull/61082)
557 * [Futures turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56319)
558 * [`str` turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58200)
559 * [`rand` performing unaligned reads](https://github.com/rust-random/rand/issues/779)
560 * [The Unix allocator calling `posix_memalign` in an invalid way](https://github.com/rust-lang/rust/issues/62251)
561 * [`getrandom` calling the `getrandom` syscall in an invalid way](https://github.com/rust-random/getrandom/pull/73)
562 * [`Vec`](https://github.com/rust-lang/rust/issues/69770) and [`BTreeMap`](https://github.com/rust-lang/rust/issues/69769) leaking memory under some (panicky) conditions
563 * [`beef` leaking memory](https://github.com/maciejhirsz/beef/issues/12)
564 * [`EbrCell` using uninitialized memory incorrectly](https://github.com/Firstyear/concread/commit/b15be53b6ec076acb295a5c0483cdb4bf9be838f#diff-6282b2fc8e98bd089a1f0c86f648157cR229)
565 * [TiKV performing an unaligned pointer access](https://github.com/tikv/tikv/issues/7613)
566 * [`servo_arc` creating a dangling shared reference](https://github.com/servo/servo/issues/26357)
567 * [TiKV constructing out-of-bounds pointers (and overlapping mutable references)](https://github.com/tikv/tikv/pull/7751)
568 * [`encoding_rs` doing out-of-bounds pointer arithmetic](https://github.com/hsivonen/encoding_rs/pull/53)
569 * [TiKV using `Vec::from_raw_parts` incorrectly](https://github.com/tikv/agatedb/pull/24)
570 * Incorrect doctests for [`AtomicPtr`](https://github.com/rust-lang/rust/pull/84052) and [`Box::from_raw_in`](https://github.com/rust-lang/rust/pull/84053)
571 * [Insufficient alignment in `ThinVec`](https://github.com/Gankra/thin-vec/pull/27)
572 * [`crossbeam-epoch` calling `assume_init` on a partly-initialized `MaybeUninit`](https://github.com/crossbeam-rs/crossbeam/pull/779)
573 * [`integer-encoding` dereferencing a misaligned pointer](https://github.com/dermesser/integer-encoding-rs/pull/23)
574 * [`rkyv` constructing a `Box<[u8]>` from an overaligned allocation](https://github.com/rkyv/rkyv/commit/a9417193a34757e12e24263178be8b2eebb72456)
575 * [Data race in `thread::scope`](https://github.com/rust-lang/rust/issues/98498)
576 * [`regex` incorrectly handling unaligned `Vec<u8>` buffers](https://www.reddit.com/r/rust/comments/vq3mmu/comment/ienc7t0?context=3)
577 * [Incorrect use of `compare_exchange_weak` in `once_cell`](https://github.com/matklad/once_cell/issues/186)
578
579 Violations of [Stacked Borrows] found that are likely bugs (but Stacked Borrows is currently just an experiment):
580
581 * [`VecDeque::drain` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56161)
582 * Various `BTreeMap` problems
583     * [`BTreeMap` iterators creating mutable references that overlap with shared references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58431)
584     * [`BTreeMap::iter_mut` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/issues/73915)
585     * [`BTreeMap` node insertion using raw pointers outside their valid memory area](https://github.com/rust-lang/rust/issues/78477)
586 * [`LinkedList` cursor insertion creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/60072)
587 * [`Vec::push` invalidating existing references into the vector](https://github.com/rust-lang/rust/issues/60847)
588 * [`align_to_mut` violating uniqueness of mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/issues/68549)
589 * [`sized-chunks` creating aliasing mutable references](https://github.com/bodil/sized-chunks/issues/8)
590 * [`String::push_str` invalidating existing references into the string](https://github.com/rust-lang/rust/issues/70301)
591 * [`ryu` using raw pointers outside their valid memory area](https://github.com/dtolnay/ryu/issues/24)
592 * [ink! creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/miri/issues/1364)
593 * [TiKV creating overlapping mutable reference and raw pointer](https://github.com/tikv/tikv/pull/7709)
594 * [Windows `Env` iterator using a raw pointer outside its valid memory area](https://github.com/rust-lang/rust/pull/70479)
595 * [`VecDeque::iter_mut` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/issues/74029)
596 * [Various standard library aliasing issues involving raw pointers](https://github.com/rust-lang/rust/pull/78602)
597 * [`<[T]>::copy_within` using a loan after invalidating it](https://github.com/rust-lang/rust/pull/85610)
598
599 ## Scientific papers employing Miri
600
601 * [Stacked Borrows: An Aliasing Model for Rust](https://plv.mpi-sws.org/rustbelt/stacked-borrows/)
602 * [Using Lightweight Formal Methods to Validate a Key-Value Storage Node in Amazon S3](https://www.amazon.science/publications/using-lightweight-formal-methods-to-validate-a-key-value-storage-node-in-amazon-s3)
603 * [SyRust: Automatic Testing of Rust Libraries with Semantic-Aware Program Synthesis](https://dl.acm.org/doi/10.1145/3453483.3454084)
604
605 ## License
606
607 Licensed under either of
608
609   * Apache License, Version 2.0 ([LICENSE-APACHE](LICENSE-APACHE) or
610     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0)
611   * MIT license ([LICENSE-MIT](LICENSE-MIT) or
612     http://opensource.org/licenses/MIT)
613
614 at your option.
615
616 ### Contribution
617
618 Unless you explicitly state otherwise, any contribution intentionally submitted
619 for inclusion in the work by you shall be dual licensed as above, without any
620 additional terms or conditions.