]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - README.md
Auto merge of #2264 - RalfJung:not-a-fixme, r=RalfJung
[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31 weak memory effects, i.e., reads can return outdated values).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 behaivours unobservable by compiled
69   programs running on real hardware when `SeqCst` fences are used, and it cannot
70   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 $({ echo obase=16; seq 255; } | bc); do
196   MIRIFLAGS=-Zmiri-seed=$seed cargo miri test || { echo "Last seed: $seed"; break; };
197 done
198 ```
199
200 ### Supported targets
201
202 Miri does not support all targets supported by Rust. The good news, however, is
203 that no matter your host OS/platform, it is easy to run code for *any* target
204 using `--target`!
205
206 The following targets are tested on CI and thus should always work (to the
207 degree documented below):
208
209 - The best-supported target is `x86_64-unknown-linux-gnu`. Miri releases are
210   blocked on things working with this target. Most other Linux targets should
211   also work well; we do run the test suite on `i686-unknown-linux-gnu` as a
212   32bit target and `mips64-unknown-linux-gnuabi64` as a big-endian target.
213 - `x86_64-apple-darwin` should work basically as well as Linux. We also test
214   `aarch64-apple-darwin`. However, we might ship Miri with a nightly even when
215   some features on these targets regress.
216 - `x86_64-pc-windows-msvc` works, but supports fewer features than the Linux and
217   Apple targets. For example, file system access and concurrency are not
218   supported on Windows. We also test `i686-pc-windows-msvc`, with the same
219   reduced feature set. We might ship Miri with a nightly even when some features
220   on these targets regress.
221
222 ### Common Problems
223
224 When using the above instructions, you may encounter a number of confusing compiler
225 errors.
226
227 #### "note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace"
228
229 You may see this when trying to get Miri to display a backtrace. By default, Miri
230 doesn't expose any environment to the program, so running
231 `RUST_BACKTRACE=1 cargo miri test` will not do what you expect.
232
233 To get a backtrace, you need to disable isolation
234 [using `-Zmiri-disable-isolation`][miri-flags]:
235
236 ```sh
237 RUST_BACKTRACE=1 MIRIFLAGS="-Zmiri-disable-isolation" cargo miri test
238 ```
239
240 #### "found possibly newer version of crate `std` which `<dependency>` depends on"
241
242 Your build directory may contain artifacts from an earlier build that have/have
243 not been built for Miri. Run `cargo clean` before switching from non-Miri to
244 Miri builds and vice-versa.
245
246 #### "found crate `std` compiled by an incompatible version of rustc"
247
248 You may be running `cargo miri` with a different compiler version than the one
249 used to build the custom libstd that Miri uses, and Miri failed to detect that.
250 Try deleting `~/.cache/miri`.
251
252 #### "no mir for `std::rt::lang_start_internal`"
253
254 This means the sysroot you are using was not compiled with Miri in mind.  This
255 should never happen when you use `cargo miri` because that takes care of setting
256 up the sysroot.  If you are using `miri` (the Miri driver) directly, see the
257 [contributors' guide](CONTRIBUTING.md) for how to use `./miri` to best do that.
258
259
260 ## Miri `-Z` flags and environment variables
261 [miri-flags]: #miri--z-flags-and-environment-variables
262
263 Miri adds its own set of `-Z` flags, which are usually set via the `MIRIFLAGS`
264 environment variable. We first document the most relevant and most commonly used flags:
265
266 * `-Zmiri-compare-exchange-weak-failure-rate=<rate>` changes the failure rate of
267   `compare_exchange_weak` operations. The default is `0.8` (so 4 out of 5 weak ops will fail).
268   You can change it to any value between `0.0` and `1.0`, where `1.0` means it
269   will always fail and `0.0` means it will never fail. Note than setting it to
270   `1.0` will likely cause hangs, since it means programs using
271   `compare_exchange_weak` cannot make progress.
272 * `-Zmiri-disable-isolation` disables host isolation.  As a consequence,
273   the program has access to host resources such as environment variables, file
274   systems, and randomness.
275 * `-Zmiri-isolation-error=<action>` configures Miri's response to operations
276   requiring host access while isolation is enabled. `abort`, `hide`, `warn`,
277   and `warn-nobacktrace` are the supported actions. The default is to `abort`,
278   which halts the machine. Some (but not all) operations also support continuing
279   execution with a "permission denied" error being returned to the program.
280   `warn` prints a full backtrace when that happen; `warn-nobacktrace` is less
281   verbose. `hide` hides the warning entirely.
282 * `-Zmiri-env-exclude=<var>` keeps the `var` environment variable isolated from the host so that it
283   cannot be accessed by the program. Can be used multiple times to exclude several variables. The
284   `TERM` environment variable is excluded by default to [speed up the test
285   harness](https://github.com/rust-lang/miri/issues/1702). This has no effect unless
286   `-Zmiri-disable-isolation` is also set.
287 * `-Zmiri-env-forward=<var>` forwards the `var` environment variable to the interpreted program. Can
288   be used multiple times to forward several variables. This has no effect if
289   `-Zmiri-disable-isolation` is set.
290 * `-Zmiri-ignore-leaks` disables the memory leak checker, and also allows some
291   remaining threads to exist when the main thread exits.
292 * `-Zmiri-preemption-rate` configures the probability that at the end of a basic block, the active
293   thread will be preempted. The default is `0.01` (i.e., 1%). Setting this to `0` disables
294   preemption.
295 * `-Zmiri-seed=<hex>` configures the seed of the RNG that Miri uses to resolve non-determinism. This
296   RNG is used to pick base addresses for allocations, to determine preemption and failure of
297   `compare_exchange_weak`, and to control store buffering for weak memory emulation. When isolation
298   is enabled (the default), this is also used to emulate system entropy. The default seed is 0. You
299   can increase test coverage by running Miri multiple times with different seeds. **NOTE**: This
300   entropy is not good enough for cryptographic use! Do not generate secret keys in Miri or perform
301   other kinds of cryptographic operations that rely on proper random numbers.
302 * `-Zmiri-strict-provenance` enables [strict
303   provenance](https://github.com/rust-lang/rust/issues/95228) checking in Miri. This means that
304   casting an integer to a pointer yields a result with 'invalid' provenance, i.e., with provenance
305   that cannot be used for any memory access. Also implies `-Zmiri-tag-raw-pointers`.
306
307 The remaining flags are for advanced use only, and more likely to change or be removed.
308 Some of these are **unsound**, which means they can lead
309 to Miri failing to detect cases of undefined behavior in a program.
310
311 * `-Zmiri-allow-uninit-numbers` disables the check to ensure that number types (integer and float
312   types) always hold initialized data. (They must still be initialized when any actual operation,
313   such as arithmetic, is performed.) Using this flag is **unsound** and
314   [deprecated](https://github.com/rust-lang/miri/issues/2187). This has no effect when
315   `-Zmiri-disable-validation` is present.
316 * `-Zmiri-allow-ptr-int-transmute` makes Miri more accepting of transmutation between pointers and
317   integers via `mem::transmute` or union/pointer type punning. This has two effects: it disables the
318   check against integers storing a pointer (i.e., data with provenance), thus allowing
319   pointer-to-integer transmutation, and it treats integer-to-pointer transmutation as equivalent to
320   a cast. Using this flag is **unsound** and
321   [deprecated](https://github.com/rust-lang/miri/issues/2188).
322 * `-Zmiri-disable-abi-check` disables checking [function ABI]. Using this flag
323   is **unsound**.
324 * `-Zmiri-disable-alignment-check` disables checking pointer alignment, so you
325   can focus on other failures, but it means Miri can miss bugs in your program.
326   Using this flag is **unsound**.
327 * `-Zmiri-disable-data-race-detector` disables checking for data races.  Using
328   this flag is **unsound**. This implies `-Zmiri-disable-weak-memory-emulation`.
329 * `-Zmiri-disable-stacked-borrows` disables checking the experimental
330   [Stacked Borrows] aliasing rules.  This can make Miri run faster, but it also
331   means no aliasing violations will be detected.  Using this flag is **unsound**
332   (but the affected soundness rules are experimental).
333 * `-Zmiri-disable-validation` disables enforcing validity invariants, which are
334   enforced by default.  This is mostly useful to focus on other failures (such
335   as out-of-bounds accesses) first.  Setting this flag means Miri can miss bugs
336   in your program.  However, this can also help to make Miri run faster.  Using
337   this flag is **unsound**.
338 * `-Zmiri-disable-weak-memory-emulation` disables the emulation of some C++11 weak
339   memory effects.
340 * `-Zmiri-measureme=<name>` enables `measureme` profiling for the interpreted program.
341    This can be used to find which parts of your program are executing slowly under Miri.
342    The profile is written out to a file with the prefix `<name>`, and can be processed
343    using the tools in the repository https://github.com/rust-lang/measureme.
344 * `-Zmiri-mute-stdout-stderr` silently ignores all writes to stdout and stderr,
345   but reports to the program that it did actually write. This is useful when you
346   are not interested in the actual program's output, but only want to see Miri's
347   errors and warnings.
348 * `-Zmiri-panic-on-unsupported` will makes some forms of unsupported functionality,
349   such as FFI and unsupported syscalls, panic within the context of the emulated
350   application instead of raising an error within the context of Miri (and halting
351   execution). Note that code might not expect these operations to ever panic, so
352   this flag can lead to strange (mis)behavior.
353 * `-Zmiri-permissive-provenance` is **experimental**. This will make Miri do a
354   best-effort attempt to implement the semantics of
355   [`expose_addr`](https://doc.rust-lang.org/nightly/std/primitive.pointer.html#method.expose_addr)
356   and
357   [`ptr::from_exposed_addr`](https://doc.rust-lang.org/nightly/std/ptr/fn.from_exposed_addr.html)
358   for pointer-to-int and int-to-pointer casts, respectively. This will
359   necessarily miss some bugs as those semantics are not efficiently
360   implementable in a sanitizer, but it will only miss bugs that concerns
361   memory/pointers which is subject to these operations.
362 * `-Zmiri-symbolic-alignment-check` makes the alignment check more strict.  By
363   default, alignment is checked by casting the pointer to an integer, and making
364   sure that is a multiple of the alignment.  This can lead to cases where a
365   program passes the alignment check by pure chance, because things "happened to
366   be" sufficiently aligned -- there is no UB in this execution but there would
367   be UB in others.  To avoid such cases, the symbolic alignment check only takes
368   into account the requested alignment of the relevant allocation, and the
369   offset into that allocation.  This avoids missing such bugs, but it also
370   incurs some false positives when the code does manual integer arithmetic to
371   ensure alignment.  (The standard library `align_to` method works fine in both
372   modes; under symbolic alignment it only fills the middle slice when the
373   allocation guarantees sufficient alignment.)
374 * `-Zmiri-track-alloc-id=<id1>,<id2>,...` shows a backtrace when the given allocations are
375   being allocated or freed.  This helps in debugging memory leaks and
376   use after free bugs. Specifying this argument multiple times does not overwrite the previous
377   values, instead it appends its values to the list. Listing an id multiple times has no effect.
378 * `-Zmiri-track-call-id=<id1>,<id2>,...` shows a backtrace when the given call ids are
379   assigned to a stack frame.  This helps in debugging UB related to Stacked
380   Borrows "protectors". Specifying this argument multiple times does not overwrite the previous
381   values, instead it appends its values to the list. Listing an id multiple times has no effect.
382 * `-Zmiri-track-pointer-tag=<tag1>,<tag2>,...` shows a backtrace when a given pointer tag
383   is popped from a borrow stack (which is where the tag becomes invalid and any
384   future use of it will error).  This helps you in finding out why UB is
385   happening and where in your code would be a good place to look for it.
386   Specifying this argument multiple times does not overwrite the previous
387   values, instead it appends its values to the list. Listing a tag multiple times has no effect.
388 * `-Zmiri-tag-raw-pointers` makes Stacked Borrows assign proper tags even for raw pointers. This can
389   make valid code using int-to-ptr casts fail to pass the checks, but also can help identify latent
390   aliasing issues in code that Miri accepts by default. You can recognize false positives by
391   `<untagged>` occurring in the message -- this indicates a pointer that was cast from an integer,
392   so Miri was unable to track this pointer. Note that it is not currently guaranteed that code that
393   works with `-Zmiri-tag-raw-pointers` also works without `-Zmiri-tag-raw-pointers`, but for the
394   vast majority of code, this will be the case.
395
396 [function ABI]: https://doc.rust-lang.org/reference/items/functions.html#extern-function-qualifier
397
398 Some native rustc `-Z` flags are also very relevant for Miri:
399
400 * `-Zmir-opt-level` controls how many MIR optimizations are performed.  Miri
401   overrides the default to be `0`; be advised that using any higher level can
402   make Miri miss bugs in your program because they got optimized away.
403 * `-Zalways-encode-mir` makes rustc dump MIR even for completely monomorphic
404   functions.  This is needed so that Miri can execute such functions, so Miri
405   sets this flag per default.
406 * `-Zmir-emit-retag` controls whether `Retag` statements are emitted. Miri
407   enables this per default because it is needed for [Stacked Borrows].
408
409 Moreover, Miri recognizes some environment variables:
410
411 * `MIRI_LOG`, `MIRI_BACKTRACE` control logging and backtrace printing during
412   Miri executions, also [see "Testing the Miri driver" in `CONTRIBUTING.md`][testing-miri].
413 * `MIRIFLAGS` (recognized by `cargo miri` and the test suite) defines extra
414   flags to be passed to Miri.
415 * `MIRI_LIB_SRC` defines the directory where Miri expects the sources of the
416   standard library that it will build and use for interpretation. This directory
417   must point to the `library` subdirectory of a `rust-lang/rust` repository
418   checkout. Note that changing files in that directory does not automatically
419   trigger a re-build of the standard library; you have to clear the Miri build
420   cache manually (on Linux, `rm -rf ~/.cache/miri`).
421 * `MIRI_SYSROOT` (recognized by `cargo miri` and the test suite) indicates the
422   sysroot to use. Only set this if you do not want to use the automatically
423   created sysroot. (The `miri` driver sysroot is controlled via the `--sysroot`
424   flag instead.)
425 * `MIRI_TEST_TARGET` (recognized by the test suite) indicates which target
426   architecture to test against.  `miri` and `cargo miri` accept the `--target`
427   flag for the same purpose.
428 * `MIRI_BLESS` (recognized by the test suite) overwrite all `stderr` and `stdout` files
429   instead of checking whether the output matches.
430 * `MIRI_SKIP_UI_CHECKS` (recognized by the test suite) don't check whether the
431   `stderr` or `stdout` files match the actual output. Useful for the rustc test suite
432   which has subtle differences that we don't care about.
433
434 The following environment variables are *internal* and must not be used by
435 anyone but Miri itself. They are used to communicate between different Miri
436 binaries, and as such worth documenting:
437
438 * `MIRI_BE_RUSTC` can be set to `host` or `target`. It tells the Miri driver to
439   actually not interpret the code but compile it like rustc would. With `target`, Miri sets
440   some compiler flags to prepare the code for interpretation; with `host`, this is not done.
441   This environment variable is useful to be sure that the compiled `rlib`s are compatible
442   with Miri.
443 * `MIRI_CALLED_FROM_XARGO` is set during the Miri-induced `xargo` sysroot build,
444   which will re-invoke `cargo-miri` as the `rustc` to use for this build.
445 * `MIRI_CALLED_FROM_RUSTDOC` when set to any value tells `cargo-miri` that it is
446   running as a child process of `rustdoc`, which invokes it twice for each doc-test
447   and requires special treatment, most notably a check-only build before interpretation.
448   This is set by `cargo-miri` itself when running as a `rustdoc`-wrapper.
449 * `MIRI_CWD` when set to any value tells the Miri driver to change to the given
450   directory after loading all the source files, but before commencing
451   interpretation. This is useful if the interpreted program wants a different
452   working directory at run-time than at build-time.
453 * `MIRI_LOCAL_CRATES` is set by `cargo-miri` to tell the Miri driver which
454   crates should be given special treatment in diagnostics, in addition to the
455   crate currently being compiled.
456 * `MIRI_VERBOSE` when set to any value tells the various `cargo-miri` phases to
457   perform verbose logging.
458
459 [testing-miri]: CONTRIBUTING.md#testing-the-miri-driver
460
461 ## Miri `extern` functions
462
463 Miri provides some `extern` functions that programs can import to access
464 Miri-specific functionality:
465
466 ```rust
467 #[cfg(miri)]
468 extern "Rust" {
469     /// Miri-provided extern function to mark the block `ptr` points to as a "root"
470     /// for some static memory. This memory and everything reachable by it is not
471     /// considered leaking even if it still exists when the program terminates.
472     ///
473     /// `ptr` has to point to the beginning of an allocated block.
474     fn miri_static_root(ptr: *const u8);
475
476     // Miri-provided extern function to get the amount of frames in the current backtrace.
477     // The `flags` argument must be `0`.
478     fn miri_backtrace_size(flags: u64) -> usize;
479
480     /// Miri-provided extern function to obtain a backtrace of the current call stack.
481     /// This writes a slice of pointers into `buf` - each pointer is an opaque value
482     /// that is only useful when passed to `miri_resolve_frame`.
483     /// `buf` must have `miri_backtrace_size(0) * pointer_size` bytes of space.
484     /// The `flags` argument must be `1`.
485     fn miri_get_backtrace(flags: u64, buf: *mut *mut ());
486
487     /// Miri-provided extern function to resolve a frame pointer obtained
488     /// from `miri_get_backtrace`. The `flags` argument must be `1`,
489     /// and `MiriFrame` should be declared as follows:
490     ///
491     /// ```rust
492     /// #[repr(C)]
493     /// struct MiriFrame {
494     ///     // The size of the name of the function being executed, encoded in UTF-8
495     ///     name_len: usize,
496     ///     // The size of filename of the function being executed, encoded in UTF-8
497     ///     filename_len: usize,
498     ///     // The line number currently being executed in `filename`, starting from '1'.
499     ///     lineno: u32,
500     ///     // The column number currently being executed in `filename`, starting from '1'.
501     ///     colno: u32,
502     ///     // The function pointer to the function currently being executed.
503     ///     // This can be compared against function pointers obtained by
504     ///     // casting a function (e.g. `my_fn as *mut ()`)
505     ///     fn_ptr: *mut ()
506     /// }
507     /// ```
508     ///
509     /// The fields must be declared in exactly the same order as they appear in `MiriFrame` above.
510     /// This function can be called on any thread (not just the one which obtained `frame`).
511     fn miri_resolve_frame(frame: *mut (), flags: u64) -> MiriFrame;
512
513     /// Miri-provided extern function to get the name and filename of the frame provided by `miri_resolve_frame`.
514     /// `name_buf` and `filename_buf` should be allocated with the `name_len` and `filename_len` fields of `MiriFrame`.
515     /// The flags argument must be `0`.
516     fn miri_resolve_frame_names(ptr: *mut (), flags: u64, name_buf: *mut u8, filename_buf: *mut u8);
517
518     /// Miri-provided extern function to begin unwinding with the given payload.
519     ///
520     /// This is internal and unstable and should not be used; we give it here
521     /// just to be complete.
522     fn miri_start_panic(payload: *mut u8) -> !;
523 }
524 ```
525
526 ## Contributing and getting help
527
528 If you want to contribute to Miri, great!  Please check out our
529 [contribution guide](CONTRIBUTING.md).
530
531 For help with running Miri, you can open an issue here on
532 GitHub or use the [Miri stream on the Rust Zulip][zulip].
533
534 [zulip]: https://rust-lang.zulipchat.com/#narrow/stream/269128-miri
535
536 ## History
537
538 This project began as part of an undergraduate research course in 2015 by
539 @solson at the [University of Saskatchewan][usask].  There are [slides] and a
540 [report] available from that project.  In 2016, @oli-obk joined to prepare Miri
541 for eventually being used as const evaluator in the Rust compiler itself
542 (basically, for `const` and `static` stuff), replacing the old evaluator that
543 worked directly on the AST.  In 2017, @RalfJung did an internship with Mozilla
544 and began developing Miri towards a tool for detecting undefined behavior, and
545 also using Miri as a way to explore the consequences of various possible
546 definitions for undefined behavior in Rust.  @oli-obk's move of the Miri engine
547 into the compiler finally came to completion in early 2018.  Meanwhile, later
548 that year, @RalfJung did a second internship, developing Miri further with
549 support for checking basic type invariants and verifying that references are
550 used according to their aliasing restrictions.
551
552 [usask]: https://www.usask.ca/
553 [slides]: https://solson.me/miri-slides.pdf
554 [report]: https://solson.me/miri-report.pdf
555
556 ## Bugs found by Miri
557
558 Miri has already found a number of bugs in the Rust standard library and beyond, which we collect here.
559
560 Definite bugs found:
561
562 * [`Debug for vec_deque::Iter` accessing uninitialized memory](https://github.com/rust-lang/rust/issues/53566)
563 * [`Vec::into_iter` doing an unaligned ZST read](https://github.com/rust-lang/rust/pull/53804)
564 * [`From<&[T]> for Rc` creating a not sufficiently aligned reference](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54908)
565 * [`BTreeMap` creating a shared reference pointing to a too small allocation](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54957)
566 * [`Vec::append` creating a dangling reference](https://github.com/rust-lang/rust/pull/61082)
567 * [Futures turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56319)
568 * [`str` turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58200)
569 * [`rand` performing unaligned reads](https://github.com/rust-random/rand/issues/779)
570 * [The Unix allocator calling `posix_memalign` in an invalid way](https://github.com/rust-lang/rust/issues/62251)
571 * [`getrandom` calling the `getrandom` syscall in an invalid way](https://github.com/rust-random/getrandom/pull/73)
572 * [`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
573 * [`beef` leaking memory](https://github.com/maciejhirsz/beef/issues/12)
574 * [`EbrCell` using uninitialized memory incorrectly](https://github.com/Firstyear/concread/commit/b15be53b6ec076acb295a5c0483cdb4bf9be838f#diff-6282b2fc8e98bd089a1f0c86f648157cR229)
575 * [TiKV performing an unaligned pointer access](https://github.com/tikv/tikv/issues/7613)
576 * [`servo_arc` creating a dangling shared reference](https://github.com/servo/servo/issues/26357)
577 * [TiKV constructing out-of-bounds pointers (and overlapping mutable references)](https://github.com/tikv/tikv/pull/7751)
578 * [`encoding_rs` doing out-of-bounds pointer arithmetic](https://github.com/hsivonen/encoding_rs/pull/53)
579 * [TiKV using `Vec::from_raw_parts` incorrectly](https://github.com/tikv/agatedb/pull/24)
580 * 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)
581 * [Insufficient alignment in `ThinVec`](https://github.com/Gankra/thin-vec/pull/27)
582 * [`crossbeam-epoch` calling `assume_init` on a partly-initialized `MaybeUninit`](https://github.com/crossbeam-rs/crossbeam/pull/779)
583 * [`integer-encoding` dereferencing a misaligned pointer](https://github.com/dermesser/integer-encoding-rs/pull/23)
584 * [`rkyv` constructing a `Box<[u8]>` from an overaligned allocation](https://github.com/rkyv/rkyv/commit/a9417193a34757e12e24263178be8b2eebb72456)
585
586 Violations of [Stacked Borrows] found that are likely bugs (but Stacked Borrows is currently just an experiment):
587
588 * [`VecDeque::drain` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56161)
589 * Various `BTreeMap` problems
590     * [`BTreeMap` iterators creating mutable references that overlap with shared references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58431)
591     * [`BTreeMap::iter_mut` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/issues/73915)
592     * [`BTreeMap` node insertion using raw pointers outside their valid memory area](https://github.com/rust-lang/rust/issues/78477)
593 * [`LinkedList` cursor insertion creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/60072)
594 * [`Vec::push` invalidating existing references into the vector](https://github.com/rust-lang/rust/issues/60847)
595 * [`align_to_mut` violating uniqueness of mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/issues/68549)
596 * [`sized-chunks` creating aliasing mutable references](https://github.com/bodil/sized-chunks/issues/8)
597 * [`String::push_str` invalidating existing references into the string](https://github.com/rust-lang/rust/issues/70301)
598 * [`ryu` using raw pointers outside their valid memory area](https://github.com/dtolnay/ryu/issues/24)
599 * [ink! creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/miri/issues/1364)
600 * [TiKV creating overlapping mutable reference and raw pointer](https://github.com/tikv/tikv/pull/7709)
601 * [Windows `Env` iterator using a raw pointer outside its valid memory area](https://github.com/rust-lang/rust/pull/70479)
602 * [`VecDeque::iter_mut` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/issues/74029)
603 * [Various standard library aliasing issues involving raw pointers](https://github.com/rust-lang/rust/pull/78602)
604 * [`<[T]>::copy_within` using a loan after invalidating it](https://github.com/rust-lang/rust/pull/85610)
605
606 ## Scientific papers employing Miri
607
608 * [Stacked Borrows: An Aliasing Model for Rust](https://plv.mpi-sws.org/rustbelt/stacked-borrows/)
609 * [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)
610 * [SyRust: Automatic Testing of Rust Libraries with Semantic-Aware Program Synthesis](https://dl.acm.org/doi/10.1145/3453483.3454084)
611
612 ## License
613
614 Licensed under either of
615
616   * Apache License, Version 2.0 ([LICENSE-APACHE](LICENSE-APACHE) or
617     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0)
618   * MIT license ([LICENSE-MIT](LICENSE-MIT) or
619     http://opensource.org/licenses/MIT)
620
621 at your option.
622
623 ### Contribution
624
625 Unless you explicitly state otherwise, any contribution intentionally submitted
626 for inclusion in the work by you shall be dual licensed as above, without any
627 additional terms or conditions.