]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - README.md
5a85b6d4785571e72e89a652b9df05982e9704c2
[rust.git] / README.md
1 # Miri [![Build Status](https://travis-ci.com/rust-lang/miri.svg?branch=master)](https://travis-ci.com/rust-lang/miri) [![Windows build status](https://ci.appveyor.com/api/projects/status/github/rust-lang/miri?svg=true)](https://ci.appveyor.com/project/rust-lang-libs/miri)
2
3
4 An experimental interpreter for [Rust][rust]'s
5 [mid-level intermediate representation][mir] (MIR).  It can run binaries and
6 test suites of cargo projects and detect certain classes of
7 [undefined behavior](https://doc.rust-lang.org/reference/behavior-considered-undefined.html),
8 for example:
9
10 * Out-of-bounds memory accesses and use-after-free
11 * Invalid use of uninitialized data
12 * Violation of intrinsic preconditions (an [`unreachable_unchecked`] being
13   reached, calling [`copy_nonoverlapping`] with overlapping ranges, ...)
14 * Not sufficiently aligned memory accesses and references
15 * Violation of *some* basic type invariants (a `bool` that is not 0 or 1, for example,
16   or an invalid enum discriminant)
17 * WIP: Violations of the rules governing aliasing for reference types
18
19 Miri has already discovered some [real-world bugs](#bugs-found-by-miri).  If you
20 found a bug with Miri, we'd appreciate if you tell us and we'll add it to the
21 list!
22
23 Be aware that Miri will not catch all cases of undefined behavior in your
24 program, and cannot run all programs:
25
26 * There are still plenty of open questions around the basic invariants for some
27   types and when these invariants even have to hold. Miri tries to avoid false
28   positives here, so if you program runs fine in Miri right now that is by no
29   means a guarantee that it is UB-free when these questions get answered.
30
31     In particular, Miri does currently not check that integers are initialized
32   or that references point to valid data.
33 * If the program relies on unspecified details of how data is laid out, it will
34   still run fine in Miri -- but might break (including causing UB) on different
35   compiler versions or different platforms.
36 * Program execution is non-deterministic when it depends, for example, on where
37   exactly in memory allocations end up. Miri tests one of many possible
38   executions of your program. If your code is sensitive to allocation base
39   addresses or other non-deterministic data, try running Miri with different
40   values for `-Zmiri-seed` to test different executions.
41 * Miri runs the program as a platform-independent interpreter, so the program
42   has no access to any platform-specific APIs or FFI. A few APIs have been
43   implemented (such as printing to stdout) but most have not: for example, Miri
44   currently does not support concurrency, or SIMD, or networking, or file system
45   access.
46
47 [rust]: https://www.rust-lang.org/
48 [mir]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/1211-mir.md
49 [`unreachable_unchecked`]: https://doc.rust-lang.org/stable/std/hint/fn.unreachable_unchecked.html
50 [`copy_nonoverlapping`]: https://doc.rust-lang.org/stable/std/ptr/fn.copy_nonoverlapping.html
51
52
53 ## Using Miri
54
55 Install Miri via `rustup`:
56
57 ```sh
58 rustup component add miri
59 ```
60
61 If `rustup` says the `miri` component is unavailable, that's because not all
62 nightly releases come with all tools. Check out
63 [this website](https://rust-lang.github.io/rustup-components-history) to
64 determine a nightly version that comes with Miri and install that using
65 `rustup install nightly-YYYY-MM-DD`.
66
67 Now you can run your project in Miri:
68
69 1. Run `cargo clean` to eliminate any cached dependencies.  Miri needs your
70    dependencies to be compiled the right way, that would not happen if they have
71    previously already been compiled.
72 2. To run all tests in your project through Miri, use `cargo miri test`.
73 3. If you have a binary project, you can run it through Miri using `cargo miri run`.
74
75 The first time you run Miri, it will perform some extra setup and install some
76 dependencies.  It will ask you for confirmation before installing anything.
77
78 You can pass arguments to Miri after the first `--`, and pass arguments to the
79 interpreted program or test suite after the second `--`.  For example, `cargo
80 miri run -- -Zmiri-disable-validation` runs the program without validation of
81 basic type invariants and references.  `cargo miri test -- -- -Zunstable-options
82 --exclude-should-panic` skips `#[should_panic]` tests, which is a good idea
83 because Miri does not support unwinding or catching panics.
84
85 When running code via `cargo miri`, the `miri` config flag is set.  You can
86 use this to exclude test cases that will fail under Miri because they do things
87 Miri does not support:
88
89 ```rust
90 #[cfg(not(miri))]
91 #[test]
92 fn does_not_work_on_miri() {
93     let x = 0u8;
94     assert!(&x as *const _ as usize % 4 < 4);
95 }
96 ```
97
98 ### Running Miri on CI
99
100 To run Miri on CI, make sure that you handle the case where the latest nightly
101 does not ship the Miri component because it currently does not build.  For
102 example, you can use the following snippet to always test with the latest
103 nightly that *does* come with Miri:
104
105 ```sh
106 MIRI_NIGHTLY=nightly-$(curl -s https://rust-lang.github.io/rustup-components-history/x86_64-unknown-linux-gnu/miri)
107 echo "Installing latest nightly with Miri: $MIRI_NIGHTLY"
108 rustup set profile minimal
109 rustup default "$MIRI_NIGHTLY"
110
111 rustup component add miri
112 cargo miri setup
113
114 cargo miri test -- -- -Zunstable-options --exclude-should-panic
115 ```
116
117 We use `cargo miri setup` to avoid getting interactive questions about the extra
118 setup needed for Miri.
119
120 ### Common Problems
121
122 When using the above instructions, you may encounter a number of confusing compiler
123 errors.
124
125 #### "found possibly newer version of crate `std` which `<dependency>` depends on"
126
127 Your build directory may contain artifacts from an earlier build that have/have
128 not been built for Miri. Run `cargo clean` before switching from non-Miri to
129 Miri builds and vice-versa.
130
131 #### "found crate `std` compiled by an incompatible version of rustc"
132
133 You may be running `cargo miri` with a different compiler version than the one
134 used to build the custom libstd that Miri uses, and Miri failed to detect that.
135 Try deleting `~/.cache/miri`.
136
137 #### "no mir for `std::rt::lang_start_internal`"
138
139 This means the sysroot you are using was not compiled with Miri in mind.  This
140 should never happen when you use `cargo miri` because that takes care of setting
141 up the sysroot.  If you are using `miri` (the Miri driver) directly, see
142 [below][testing-miri] for how to set up the sysroot.
143
144
145 ## Miri `-Z` flags and environment variables
146 [miri-flags]: #miri--z-flags-and-environment-variables
147
148 Several `-Z` flags are relevant for Miri:
149
150 * `-Zmiri-seed=<hex>` is a custom `-Z` flag added by Miri.  It configures the
151   seed of the RNG that Miri uses to resolve non-determinism.  This RNG is used
152   to pick base addresses for allocations, and when the interpreted program
153   requests system entropy.  The default seed is 0.
154   **NOTE**: This entropy is not good enough for cryptographic use!  Do not
155   generate secret keys in Miri or perform other kinds of cryptographic
156   operations that rely on proper random numbers.
157 * `-Zmiri-disable-validation` disables enforcing the validity invariant, which
158   is enforced by default.  This is mostly useful for debugging; it means Miri
159   will miss bugs in your program.  However, this can also help to make Miri run
160   faster.
161 * `-Zmiri-disable-isolation` disables host host isolation.  As a consequence,
162   the program has access to host resources such as environment variables and
163   randomness (and, eventually, file systems and more).
164 * `-Zmiri-env-exclude=<var>` keeps the `var` environment variable isolated from 
165   the host. Can be used multiple times to exclude several variables. The `TERM`
166   environment variable is excluded by default.
167 * `-Zmir-opt-level` controls how many MIR optimizations are performed.  Miri
168   overrides the default to be `0`; be advised that using any higher level can
169   make Miri miss bugs in your program because they got optimized away.
170 * `-Zalways-encode-mir` makes rustc dump MIR even for completely monomorphic
171   functions.  This is needed so that Miri can execute such functions, so Miri
172   sets this flag per default.
173 * `-Zmir-emit-retag` controls whether `Retag` statements are emitted. Miri
174   enables this per default because it is needed for validation.
175
176 Moreover, Miri recognizes some environment variables:
177
178 * `MIRI_LOG`, `MIRI_BACKTRACE` control logging and backtrace printing during
179   Miri executions, also [see above][testing-miri].
180 * `MIRI_SYSROOT` (recognized by `cargo miri` and the test suite)
181   indicates the sysroot to use.  To do the same thing with `miri`
182   directly, use the `--sysroot` flag.
183 * `MIRI_TEST_TARGET` (recognized by the test suite) indicates which target
184   architecture to test against.  `miri` and `cargo miri` accept the `--target`
185   flag for the same purpose.
186
187 ## Contributing and getting help
188
189 If you want to contribute to Miri, great!  Please check out our
190 [contribution guide](CONTRIBUTING.md).
191
192 For help with running Miri, you can open an issue here on
193 GitHub or contact us (`oli-obk` and `RalfJ`) on the [Rust Zulip].
194
195 [Rust Zulip]: https://rust-lang.zulipchat.com
196
197 ## History
198
199 This project began as part of an undergraduate research course in 2015 by
200 @solson at the [University of Saskatchewan][usask].  There are [slides] and a
201 [report] available from that project.  In 2016, @oli-obk joined to prepare miri
202 for eventually being used as const evaluator in the Rust compiler itself
203 (basically, for `const` and `static` stuff), replacing the old evaluator that
204 worked directly on the AST.  In 2017, @RalfJung did an internship with Mozilla
205 and began developing miri towards a tool for detecting undefined behavior, and
206 also using miri as a way to explore the consequences of various possible
207 definitions for undefined behavior in Rust.  @oli-obk's move of the miri engine
208 into the compiler finally came to completion in early 2018.  Meanwhile, later
209 that year, @RalfJung did a second internship, developing miri further with
210 support for checking basic type invariants and verifying that references are
211 used according to their aliasing restrictions.
212
213 [usask]: https://www.usask.ca/
214 [slides]: https://solson.me/miri-slides.pdf
215 [report]: https://solson.me/miri-report.pdf
216
217 ## Bugs found by Miri
218
219 Miri has already found a number of bugs in the Rust standard library and beyond, which we collect here.
220
221 Definite bugs found:
222
223 * [`Debug for vec_deque::Iter` accessing uninitialized memory](https://github.com/rust-lang/rust/issues/53566)
224 * [`Vec::into_iter` doing an unaligned ZST read](https://github.com/rust-lang/rust/pull/53804)
225 * [`From<&[T]> for Rc` creating a not sufficiently aligned reference](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54908)
226 * [`BTreeMap` creating a shared reference pointing to a too small allocation](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54957)
227 * [`Vec::append` creating a dangling reference](https://github.com/rust-lang/rust/pull/61082)
228 * [Futures turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56319)
229 * [`str` turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58200)
230 * [`rand` performing unaligned reads](https://github.com/rust-random/rand/issues/779)
231 * [The Unix allocator calling `posix_memalign` in an invalid way](https://github.com/rust-lang/rust/issues/62251)
232 * [`getrandom` calling the `getrandom` syscall in an invalid way](https://github.com/rust-random/getrandom/pull/73)
233
234 Violations of Stacked Borrows found that are likely bugs (but Stacked Borrows is currently just an experiment):
235
236 * [`VecDeque` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56161)
237 * [`BTreeMap` creating mutable references that overlap with shared references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58431)
238 * [`LinkedList` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/60072)
239 * [`Vec::push` invalidating existing references into the vector](https://github.com/rust-lang/rust/issues/60847)
240
241 ## License
242
243 Licensed under either of
244   * Apache License, Version 2.0 ([LICENSE-APACHE](LICENSE-APACHE) or
245     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0)
246   * MIT license ([LICENSE-MIT](LICENSE-MIT) or
247     http://opensource.org/licenses/MIT) at your option.
248
249 ### Contribution
250
251 Unless you explicitly state otherwise, any contribution intentionally submitted
252 for inclusion in the work by you shall be dual licensed as above, without any
253 additional terms or conditions.