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