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