]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - README.md
test-miri is no longer a thing
[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 ## Running Miri on your own project (and its test suite)
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, e.g. using
65 `rustup install nightly-2019-03-28`.
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.  If
77 you run Miri on CI, run `cargo miri setup` to avoid getting interactive
78 questions.
79
80 You can pass arguments to Miri after the first `--`, and pass arguments to the
81 interpreted program or test suite after the second `--`.  For example, `cargo
82 miri run -- -Zmiri-disable-validation` runs the program without validation of
83 basic type invariants and references.  `cargo miri test -- -- -Zunstable-options
84 --exclude-should-panic` skips `#[should_panic]` tests, which is a good idea
85 because Miri does not support unwinding or catching panics.
86
87 When running code via `cargo miri`, the `miri` config flag is set.  You can
88 use this to exclude test cases that will fail under Miri because they do things
89 Miri does not support:
90
91 ```rust
92 #[cfg(not(miri))]
93 #[test]
94 fn does_not_work_on_miri() {
95     let x = 0u8;
96     assert!(&x as *const _ as usize % 4 < 4);
97 }
98 ```
99
100 ### Running Miri on CI
101
102 To run Miri on CI, make sure that you handle the case where the latest nightly
103 does not ship the Miri component because it currently does not build.  For
104 example, you can use the following snippet to always test with the latest
105 nightly that *does* come with Miri:
106
107 ```sh
108 MIRI_NIGHTLY=nightly-$(curl -s https://rust-lang.github.io/rustup-components-history/x86_64-unknown-linux-gnu/miri)
109 echo "Installing latest nightly with Miri: $MIRI_NIGHTLY"
110 rustup default "$MIRI_NIGHTLY"
111
112 rustup component add miri
113 cargo miri setup
114
115 cargo miri test -- -- -Zunstable-options --exclude-should-panic
116 ```
117
118 ### Common Problems
119
120 When using the above instructions, you may encounter a number of confusing compiler
121 errors.
122
123 #### "found possibly newer version of crate `std` which `<dependency>` depends on"
124
125 Your build directory may contain artifacts from an earlier build that have/have
126 not been built for Miri. Run `cargo clean` before switching from non-Miri to
127 Miri builds and vice-versa.
128
129 #### "found crate `std` compiled by an incompatible version of rustc"
130
131 You may be running `cargo miri` with a different compiler version than the one
132 used to build the custom libstd that Miri uses, and Miri failed to detect that.
133 Try deleting `~/.cache/miri`.
134
135 #### "no mir for `std::rt::lang_start_internal`"
136
137 This means the sysroot you are using was not compiled with Miri in mind.  This
138 should never happen when you use `cargo miri` because that takes care of setting
139 up the sysroot.  If you are using `miri` (the Miri driver) directly, see
140 [below][testing-miri] for how to set up the sysroot.
141
142
143 ## Miri `-Z` flags and environment variables
144 [miri-flags]: #miri--z-flags-and-environment-variables
145
146 Several `-Z` flags are relevant for Miri:
147
148 * `-Zmiri-seed=<hex>` is a custom `-Z` flag added by Miri.  It configures the
149   seed of the RNG that Miri uses to resolve non-determinism.  This RNG is used
150   to pick base addresses for allocations, and when the interpreted program
151   requests system entropy.  The default seed is 0.
152   **NOTE**: This entropy is not good enough for cryptographic use!  Do not
153   generate secret keys in Miri or perform other kinds of cryptographic
154   operations that rely on proper random numbers.
155 * `-Zmiri-disable-validation` disables enforcing the validity invariant, which
156   is enforced by default.  This is mostly useful for debugging; it means Miri
157   will miss bugs in your program.  However, this can also help to make Miri run
158   faster.
159 * `-Zmir-opt-level` controls how many MIR optimizations are performed.  Miri
160   overrides the default to be `0`; be advised that using any higher level can
161   make Miri miss bugs in your program because they got optimized away.
162 * `-Zalways-encode-mir` makes rustc dump MIR even for completely monomorphic
163   functions.  This is needed so that Miri can execute such functions, so Miri
164   sets this flag per default.
165 * `-Zmir-emit-retag` controls whether `Retag` statements are emitted. Miri
166   enables this per default because it is needed for validation.
167
168 Moreover, Miri recognizes some environment variables:
169
170 * `MIRI_LOG`, `MIRI_BACKTRACE` control logging and backtrace printing during
171   Miri executions, also [see above][testing-miri].
172 * `MIRI_SYSROOT` (recognized by `cargo miri` and the test suite)
173   indicates the sysroot to use.  To do the same thing with `miri`
174   directly, use the `--sysroot` flag.
175 * `MIRI_TEST_TARGET` (recognized by the test suite) indicates which target
176   architecture to test against.  `miri` and `cargo miri` accept the `--target`
177   flag for the same purpose.
178
179 ## Development and Debugging
180
181 If you want to hack on miri yourself, great!  Here are some resources you might
182 find useful.
183
184 ### Using a nightly rustc
185
186 Miri heavily relies on internal rustc interfaces to execute MIR.  Still, some
187 things (like adding support for a new intrinsic or a shim for an external
188 function being called) can be done by working just on the Miri side.
189
190 To prepare, make sure you are using a nightly Rust compiler.  Then you should be
191 able to just `cargo build` Miri.
192
193 In case this fails, your nightly might be incompatible with Miri master.  The
194 `rust-version` file contains the commit hash of rustc that Miri is currently
195 tested against; you can use that to find a nightly that works or you might have
196 to wait for the next nightly to get released. You can also use
197 [`rustup-toolchain-install-master`](https://github.com/kennytm/rustup-toolchain-install-master)
198 to install that exact version of rustc as a toolchain:
199 ```
200 rustup-toolchain-install-master $(cat rust-version) -c rust-src
201 ```
202
203 Another common problem is outdated dependencies: Miri does not come with a
204 lockfile (it cannot, due to how it gets embedded into the rustc build). So you
205 have to run `cargo update` every now and then yourself to make sure you are
206 using the latest versions of everything (which is what gets tested on CI).
207
208 ### Testing the Miri driver
209 [testing-miri]: #testing-the-miri-driver
210
211 The Miri driver in the `miri` binary is the "heart" of Miri: it is basically a
212 version of `rustc` that, instead of compiling your code, runs it.  It accepts
213 all the same flags as `rustc` (though the ones only affecting code generation
214 and linking obviously will have no effect) [and more][miri-flags].
215
216 Running the Miri driver requires some fiddling with environment variables, so
217 the `miri` script helps you do that.  For example, you can run the driver on a
218 particular file by doing
219
220 ```sh
221 ./miri run tests/run-pass/format.rs
222 ./miri run tests/run-pass/hello.rs --target i686-unknown-linux-gnu
223 ```
224
225 and you can run the test suite using:
226
227 ```
228 ./miri test
229 ```
230
231 `./miri test FILTER` only runs those tests that contain `FILTER` in their
232 filename (including the base directory, e.g. `./miri test fail` will run all
233 compile-fail tests).
234
235 You can get a trace of which MIR statements are being executed by setting the
236 `MIRI_LOG` environment variable.  For example:
237
238 ```sh
239 MIRI_LOG=info ./miri run tests/run-pass/vecs.rs
240 ```
241
242 Setting `MIRI_LOG` like this will configure logging for Miri itself as well as
243 the `rustc::mir::interpret` and `rustc_mir::interpret` modules in rustc.  You
244 can also do more targeted configuration, e.g. the following helps debug the
245 stacked borrows implementation:
246
247 ```sh
248 MIRI_LOG=rustc_mir::interpret=info,miri::stacked_borrows ./miri run tests/run-pass/vecs.rs
249 ```
250
251 In addition, you can set `MIRI_BACKTRACE=1` to get a backtrace of where an
252 evaluation error was originally raised.
253
254 ### Testing `cargo miri`
255
256 Working with the driver directly gives you full control, but you also lose all
257 the convenience provided by cargo.  Once your test case depends on a crate, it
258 is probably easier to test it with the cargo wrapper.  You can install your
259 development version of Miri using
260
261 ```
262 ./miri install
263 ```
264
265 and then you can use it as if it was installed by `rustup`.  Make sure you use
266 the same toolchain when calling `cargo miri` that you used when installing Miri!
267
268 There's a test for the cargo wrapper in the `test-cargo-miri` directory; run
269 `./run-test.py` in there to execute it.
270
271 ### Using a locally built rustc
272
273 A big part of the Miri driver lives in rustc, so working on Miri will sometimes
274 require using a locally built rustc.  The bug you want to fix may actually be on
275 the rustc side, or you just need to get more detailed trace of the execution
276 than what is possible with release builds -- in both cases, you should develop
277 miri against a rustc you compiled yourself, with debug assertions (and hence
278 tracing) enabled.
279
280 The setup for a local rustc works as follows:
281 ```sh
282 git clone https://github.com/rust-lang/rust/ rustc
283 cd rustc
284 cp config.toml.example config.toml
285 # Now edit `config.toml` and set `debug-assertions = true`.
286 # This step can take 30 minutes and more.
287 ./x.py build src/rustc
288 # If you change something, you can get a faster rebuild by doing
289 ./x.py --keep-stage 0 build src/rustc
290 # You may have to change the architecture in the next command
291 rustup toolchain link custom build/x86_64-unknown-linux-gnu/stage2
292 # Now cd to your Miri directory, then configure rustup
293 rustup override set custom
294 ```
295
296 With this, you should now have a working development setup!  See
297 [above][testing-miri] for how to proceed working with the Miri driver.
298
299 ## Contributing and getting help
300
301 Check out the issues on this GitHub repository for some ideas. There's lots that
302 needs to be done that I haven't documented in the issues yet, however. For more
303 ideas or help with running or hacking on Miri, you can open an issue here on
304 GitHub or contact us (`oli-obk` and `RalfJ`) on the [Rust Zulip].
305
306 [Rust Zulip]: https://rust-lang.zulipchat.com
307
308 ## History
309
310 This project began as part of an undergraduate research course in 2015 by
311 @solson at the [University of Saskatchewan][usask].  There are [slides] and a
312 [report] available from that project.  In 2016, @oli-obk joined to prepare miri
313 for eventually being used as const evaluator in the Rust compiler itself
314 (basically, for `const` and `static` stuff), replacing the old evaluator that
315 worked directly on the AST.  In 2017, @RalfJung did an internship with Mozilla
316 and began developing miri towards a tool for detecting undefined behavior, and
317 also using miri as a way to explore the consequences of various possible
318 definitions for undefined behavior in Rust.  @oli-obk's move of the miri engine
319 into the compiler finally came to completion in early 2018.  Meanwhile, later
320 that year, @RalfJung did a second internship, developing miri further with
321 support for checking basic type invariants and verifying that references are
322 used according to their aliasing restrictions.
323
324 [usask]: https://www.usask.ca/
325 [slides]: https://solson.me/miri-slides.pdf
326 [report]: https://solson.me/miri-report.pdf
327
328 ## Bugs found by Miri
329
330 Miri has already found a number of bugs in the Rust standard library and beyond, which we collect here.
331
332 Definite bugs found:
333
334 * [`Debug for vec_deque::Iter` accessing uninitialized memory](https://github.com/rust-lang/rust/issues/53566)
335 * [`Vec::into_iter` doing an unaligned ZST read](https://github.com/rust-lang/rust/pull/53804)
336 * [`From<&[T]> for Rc` creating a not sufficiently aligned reference](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54908)
337 * [`BTreeMap` creating a shared reference pointing to a too small allocation](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54957)
338 * [`Vec::append` creating a dangling reference](https://github.com/rust-lang/rust/pull/61082)
339 * [Futures turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56319)
340 * [`str` turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58200)
341 * [`rand` performing unaligned reads](https://github.com/rust-random/rand/issues/779)
342 * [The Unix allocator calling `posix_memalign` in an invalid way](https://github.com/rust-lang/rust/issues/62251)
343
344 Violations of Stacked Borrows found that are likely bugs (but Stacked Borrows is currently just an experiment):
345
346 * [`VecDeque` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56161)
347 * [`BTreeMap` creating mutable references that overlap with shared references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58431)
348 * [`LinkedList` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/60072)
349 * [`Vec::push` invalidating existing references into the vector](https://github.com/rust-lang/rust/issues/60847)
350
351 ## License
352
353 Licensed under either of
354   * Apache License, Version 2.0 ([LICENSE-APACHE](LICENSE-APACHE) or
355     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0)
356   * MIT license ([LICENSE-MIT](LICENSE-MIT) or
357     http://opensource.org/licenses/MIT) at your option.
358
359 ### Contribution
360
361 Unless you explicitly state otherwise, any contribution intentionally submitted
362 for inclusion in the work by you shall be dual licensed as above, without any
363 additional terms or conditions.