]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - README.md
Merge pull request #673 from RalfJung/travis
[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 undefined behavior,
7 for example:
8
9 * Out-of-bounds memory accesses and use-after-free
10 * Invalid use of uninitialized data
11 * Violation of intrinsic preconditions (an [`unreachable_unchecked`] being
12   reached, calling [`copy_nonoverlapping`] with overlapping ranges, ...)
13 * Not sufficiently aligned memory accesses and references
14 * Violation of basic type invariants (a `bool` that is not 0 or 1, for example,
15   or an invalid enum discriminant)
16 * WIP: Violations of the rules governing aliasing for reference types
17
18 Miri has already discovered some [real-world bugs](#bugs-found-by-miri).  If you
19 found a bug with Miri, we'd appreciate if you tell us and we'll add it to the
20 list!
21
22 Be aware that Miri will not catch all possible errors in your program, and
23 cannot run all programs:
24
25 * There are still plenty of open questions around the basic invariants for some
26   types and when these invariants even have to hold, so if you program runs fine
27   in Miri right now that is by no means a guarantee that it is UB-free when
28   these questions get answered.
29 * If the program relies on unspecified details of how data is laid out, it will
30   still run fine in Miri -- but might break (including causing UB) on different
31   compiler versions or different platforms.
32 * Miri is fully deterministic and does not actually pick a base address in
33   virtual memory for the program's allocations.  If program behavior depends on
34   the base address of an allocation, Miri will stop execution (with a few
35   exceptions to make some common pointer comparisons work).
36 * Miri runs the program as a platform-independent interpreter, so the program
37   has no access to any platform-specific APIs or FFI. A few APIs have been
38   implemented (such as printing to stdout) but most have not: for example, Miri
39   currently does not support concurrency, or networking, or file system access,
40   or gathering entropy from the system.
41
42 [rust]: https://www.rust-lang.org/
43 [mir]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/1211-mir.md
44 [`unreachable_unchecked`]: https://doc.rust-lang.org/stable/std/hint/fn.unreachable_unchecked.html
45 [`copy_nonoverlapping`]: https://doc.rust-lang.org/stable/std/ptr/fn.copy_nonoverlapping.html
46
47
48 ## Running Miri on your own project (and its test suite)
49
50 Install Miri via `rustup`:
51
52 ```sh
53 rustup component add miri
54 ```
55
56 Now you can run your project in Miri:
57
58 1. Run `cargo clean` to eliminate any cached dependencies.  Miri needs your
59    dependencies to be compiled the right way, that would not happen if they have
60    previously already been compiled.
61 2. To run all tests in your project through Miri, use `cargo miri test`.
62 3. If you have a binary project, you can run it through Miri using `cargo miri run`.
63
64 The first time you run Miri, it will perform some extra setup and install some
65 dependencies.  It will ask you for confirmation before installing anything.  If
66 you run Miri on CI, run `cargo miri setup` to avoid getting interactive
67 questions.
68
69 You can pass arguments to Miri after the first `--`, and pass arguments to the
70 interpreted program or test suite after the second `--`.  For example, `cargo
71 miri run -- -Zmiri-disable-validation` runs the program without validation of
72 basic type invariants and references.  `cargo miri test -- -- -Zunstable-options
73 --exclude-should-panic` skips `#[should_panic]` tests, which is a good idea
74 because Miri does not support unwinding or catching panics.
75
76 When running code via `cargo miri`, the `miri` config flag is set.  You can
77 use this to exclude test cases that will fail under Miri because they do things
78 Miri does not support:
79
80 ```rust
81 #[cfg(not(miri))]
82 #[test]
83 fn does_not_work_on_miri() {
84     let x = 0u8;
85     assert!(&x as *const _ as usize % 4 < 4);
86 }
87 ```
88
89 ### Common Problems
90
91 When using the above instructions, you may encounter a number of confusing compiler
92 errors.
93
94 #### "found possibly newer version of crate `std` which `<dependency>` depends on"
95
96 Your build directory may contain artifacts from an earlier build that have/have
97 not been built for Miri. Run `cargo clean` before switching from non-Miri to
98 Miri builds and vice-versa.
99
100 #### "found crate `std` compiled by an incompatible version of rustc"
101
102 You may be running `cargo miri` with a different compiler version than the one
103 used to build the custom libstd that Miri uses, and Miri failed to detect that.
104 Try deleting `~/.cache/miri`.
105
106 ## Development and Debugging
107
108 If you want to hack on miri yourself, great!  Here are some resources you might
109 find useful.
110
111 ### Using a nightly rustc
112
113 Miri heavily relies on internal rustc interfaces to execute MIR.  Still, some
114 things (like adding support for a new intrinsic) can be done by working just on
115 the Miri side.
116
117 To prepare, make sure you are using a nightly Rust compiler.  The most
118 convenient way is to install Miri using cargo, then you can easily run it on
119 other projects:
120
121 ```sh
122 rustup component remove miri # avoid having Miri installed twice
123 cargo +nightly install --path "$DIR" --force
124 cargo +nightly miri setup
125 ```
126
127 (We are giving `+nightly` explicitly here all the time because it is important
128 that all of these commands get executed with the same toolchain.)
129
130 In case this fails, your nightly might be incompatible with Miri master.  The
131 `rust-version` file contains the commit hash of rustc that Miri is currently
132 tested against; you can use that to find a nightly that works or you might have
133 to wait for the next nightly to get released.
134
135 If you want to use a different libstd (not the one that comes with the
136 nightly), you can do that by running
137
138 ```sh
139 XARGO_RUST_SRC=~/src/rust/rustc/src/ cargo +nightly miri setup
140 ```
141
142 Either way, you can now do `cargo +nightly miri run` to run Miri with your
143 local changes on whatever project you are debugging.
144
145 `cargo miri setup` should end in printing the directory where the libstd was
146 built.  For the next step to work, set that as your `MIRI_SYSROOT` environment
147 variable:
148
149 ```sh
150 export MIRI_SYSROOT=~/.cache/miri/HOST # or whatever the previous command said
151 ```
152
153 ### Testing Miri
154
155 Instead of running an entire project using `cargo miri`, you can also use the
156 Miri "driver" directly to run just a single file.  That can be easier during
157 debugging.
158
159 ```sh
160 cargo run tests/run-pass/format.rs # or whatever test you like
161 ```
162
163 You can also run the test suite with `cargo test --release`.  `cargo test
164 --release FILTER` only runs those tests that contain `FILTER` in their filename
165 (including the base directory, e.g. `cargo test --release fail` will run all
166 compile-fail tests).  We recommend using `--release` to make test running take
167 less time.
168
169 Now you are set up!  You can write a failing test case, and tweak miri until it
170 fails no more.
171 You can get a trace of which MIR statements are being executed by setting the
172 `MIRI_LOG` environment variable.  For example:
173
174 ```sh
175 MIRI_LOG=info cargo run tests/run-pass/vecs.rs
176 ```
177
178 Setting `MIRI_LOG` like this will configure logging for miri itself as well as
179 the `rustc::mir::interpret` and `rustc_mir::interpret` modules in rustc.  You
180 can also do more targeted configuration, e.g. to debug the stacked borrows
181 implementation:
182 ```sh
183 MIRI_LOG=rustc_mir::interpret=info,miri::stacked_borrows cargo run tests/run-pass/vecs.rs
184 ```
185
186 In addition, you can set `MIRI_BACKTRACE=1` to get a backtrace of where an
187 evaluation error was originally created.
188
189
190 ### Using a locally built rustc
191
192 Since the heart of Miri (the main interpreter engine) lives in rustc, working on
193 Miri will often require using a locally built rustc.  The bug you want to fix
194 may actually be on the rustc side, or you just need to get more detailed trace
195 of the execution than what is possible with release builds -- in both cases, you
196 should develop miri against a rustc you compiled yourself, with debug assertions
197 (and hence tracing) enabled.
198
199 The setup for a local rustc works as follows:
200 ```sh
201 git clone https://github.com/rust-lang/rust/ rustc
202 cd rustc
203 cp config.toml.example config.toml
204 # Now edit `config.toml` and set `debug-assertions = true` and `test-miri = true`.
205 # The latter is important to build libstd with the right flags for miri.
206 # This step can take 30 minutes and more.
207 ./x.py build src/rustc
208 # If you change something, you can get a faster rebuild by doing
209 ./x.py --keep-stage 0 build src/rustc
210 # You may have to change the architecture in the next command
211 rustup toolchain link custom build/x86_64-unknown-linux-gnu/stage2
212 # Now cd to your Miri directory, then configure rustup
213 rustup override set custom
214 ```
215
216 With this, you should now have a working development setup!  See
217 ["Testing Miri"](#testing-miri) above for how to proceed.
218
219 Running `cargo miri` in this setup is a bit more complicated, because the Miri
220 binary you just created does not actually run without some environment variables.
221 But you can contort cargo into calling `cargo miri` the right way for you:
222
223 ```sh
224 # in some other project's directory, to run `cargo miri test`:
225 MIRI_SYSROOT=$(rustc +custom --print sysroot) cargo +custom run --manifest-path /path/to/miri/Cargo.toml --bin cargo-miri --release -- miri test
226 ```
227
228 ### Miri `-Z` flags and environment variables
229
230 Several `-Z` flags are relevant for Miri:
231
232 * `-Zmir-opt-level` controls how many MIR optimizations are performed.  miri
233   overrides the default to be `0`; be advised that using any higher level can
234   make miri miss bugs in your program because they got optimized away.
235 * `-Zalways-encode-mir` makes rustc dump MIR even for completely monomorphic
236   functions.  This is needed so that miri can execute such functions, so miri
237   sets this flag per default.
238 * `-Zmiri-disable-validation` is a custom `-Z` flag added by miri.  It disables
239   enforcing the validity invariant, which is enforced by default.  This is
240   mostly useful for debugging; it means miri will miss bugs in your program.
241
242 Moreover, Miri recognizes some environment variables:
243
244 * `MIRI_SYSROOT` (recognized by `miri`, `cargo miri` and the test suite)
245   indicates the sysroot to use.
246 * `MIRI_TARGET` (recognized by the test suite) indicates which target
247   architecture to test against.  `miri` and `cargo miri` accept the `--target`
248   flag for the same purpose.
249
250 ## Contributing and getting help
251
252 Check out the issues on this GitHub repository for some ideas. There's lots that
253 needs to be done that I haven't documented in the issues yet, however. For more
254 ideas or help with running or hacking on Miri, you can open an issue here on
255 GitHub or contact us (`oli-obk` and `RalfJ`) on the [Rust Zulip].
256
257 [Rust Zulip]: https://rust-lang.zulipchat.com
258
259 ## History
260
261 This project began as part of an undergraduate research course in 2015 by
262 @solson at the [University of Saskatchewan][usask].  There are [slides] and a
263 [report] available from that project.  In 2016, @oli-obk joined to prepare miri
264 for eventually being used as const evaluator in the Rust compiler itself
265 (basically, for `const` and `static` stuff), replacing the old evaluator that
266 worked directly on the AST.  In 2017, @RalfJung did an internship with Mozilla
267 and began developing miri towards a tool for detecting undefined behavior, and
268 also using miri as a way to explore the consequences of various possible
269 definitions for undefined behavior in Rust.  @oli-obk's move of the miri engine
270 into the compiler finally came to completion in early 2018.  Meanwhile, later
271 that year, @RalfJung did a second internship, developing miri further with
272 support for checking basic type invariants and verifying that references are
273 used according to their aliasing restrictions.
274
275 [usask]: https://www.usask.ca/
276 [slides]: https://solson.me/miri-slides.pdf
277 [report]: https://solson.me/miri-report.pdf
278
279 ## Bugs found by Miri
280
281 Miri has already found a number of bugs in the Rust standard library, which we collect here.
282
283 * [`Debug for vec_deque::Iter` accessing uninitialized memory](https://github.com/rust-lang/rust/issues/53566)
284 * [`From<&[T]> for Rc` creating a not sufficiently aligned reference](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54908)
285 * [`BTreeMap` creating a shared reference pointing to a too small allocation](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54957)
286 * [`VecDeque` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56161)
287 * [Futures turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56319)
288 * [`str` turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58200)
289 * [`BTreeMap` creating mutable references that overlap with shared references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58431)
290
291 ## License
292
293 Licensed under either of
294   * Apache License, Version 2.0 ([LICENSE-APACHE](LICENSE-APACHE) or
295     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0)
296   * MIT license ([LICENSE-MIT](LICENSE-MIT) or
297     http://opensource.org/licenses/MIT) at your option.
298
299 ### Contribution
300
301 Unless you explicitly state otherwise, any contribution intentionally submitted
302 for inclusion in the work by you shall be dual licensed as above, without any
303 additional terms or conditions.