]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - README.md
add getrandom bug
[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.
77
78 You can pass arguments to Miri after the first `--`, and pass arguments to the
79 interpreted program or test suite after the second `--`.  For example, `cargo
80 miri run -- -Zmiri-disable-validation` runs the program without validation of
81 basic type invariants and references.  `cargo miri test -- -- -Zunstable-options
82 --exclude-should-panic` skips `#[should_panic]` tests, which is a good idea
83 because Miri does not support unwinding or catching panics.
84
85 When running code via `cargo miri`, the `miri` config flag is set.  You can
86 use this to exclude test cases that will fail under Miri because they do things
87 Miri does not support:
88
89 ```rust
90 #[cfg(not(miri))]
91 #[test]
92 fn does_not_work_on_miri() {
93     let x = 0u8;
94     assert!(&x as *const _ as usize % 4 < 4);
95 }
96 ```
97
98 ### Running Miri on CI
99
100 To run Miri on CI, make sure that you handle the case where the latest nightly
101 does not ship the Miri component because it currently does not build.  For
102 example, you can use the following snippet to always test with the latest
103 nightly that *does* come with Miri:
104
105 ```sh
106 MIRI_NIGHTLY=nightly-$(curl -s https://rust-lang.github.io/rustup-components-history/x86_64-unknown-linux-gnu/miri)
107 echo "Installing latest nightly with Miri: $MIRI_NIGHTLY"
108 rustup default "$MIRI_NIGHTLY"
109
110 rustup component add miri
111 cargo miri setup
112
113 cargo miri test -- -- -Zunstable-options --exclude-should-panic
114 ```
115
116 We use `cargo miri setup` to avoid getting interactive questions about the extra
117 setup needed for Miri.
118
119 ### Common Problems
120
121 When using the above instructions, you may encounter a number of confusing compiler
122 errors.
123
124 #### "found possibly newer version of crate `std` which `<dependency>` depends on"
125
126 Your build directory may contain artifacts from an earlier build that have/have
127 not been built for Miri. Run `cargo clean` before switching from non-Miri to
128 Miri builds and vice-versa.
129
130 #### "found crate `std` compiled by an incompatible version of rustc"
131
132 You may be running `cargo miri` with a different compiler version than the one
133 used to build the custom libstd that Miri uses, and Miri failed to detect that.
134 Try deleting `~/.cache/miri`.
135
136 #### "no mir for `std::rt::lang_start_internal`"
137
138 This means the sysroot you are using was not compiled with Miri in mind.  This
139 should never happen when you use `cargo miri` because that takes care of setting
140 up the sysroot.  If you are using `miri` (the Miri driver) directly, see
141 [below][testing-miri] for how to set up the sysroot.
142
143
144 ## Miri `-Z` flags and environment variables
145 [miri-flags]: #miri--z-flags-and-environment-variables
146
147 Several `-Z` flags are relevant for Miri:
148
149 * `-Zmiri-seed=<hex>` is a custom `-Z` flag added by Miri.  It configures the
150   seed of the RNG that Miri uses to resolve non-determinism.  This RNG is used
151   to pick base addresses for allocations, and when the interpreted program
152   requests system entropy.  The default seed is 0.
153   **NOTE**: This entropy is not good enough for cryptographic use!  Do not
154   generate secret keys in Miri or perform other kinds of cryptographic
155   operations that rely on proper random numbers.
156 * `-Zmiri-disable-validation` disables enforcing the validity invariant, which
157   is enforced by default.  This is mostly useful for debugging; it means Miri
158   will miss bugs in your program.  However, this can also help to make Miri run
159   faster.
160 * `-Zmir-opt-level` controls how many MIR optimizations are performed.  Miri
161   overrides the default to be `0`; be advised that using any higher level can
162   make Miri miss bugs in your program because they got optimized away.
163 * `-Zalways-encode-mir` makes rustc dump MIR even for completely monomorphic
164   functions.  This is needed so that Miri can execute such functions, so Miri
165   sets this flag per default.
166 * `-Zmir-emit-retag` controls whether `Retag` statements are emitted. Miri
167   enables this per default because it is needed for validation.
168
169 Moreover, Miri recognizes some environment variables:
170
171 * `MIRI_LOG`, `MIRI_BACKTRACE` control logging and backtrace printing during
172   Miri executions, also [see above][testing-miri].
173 * `MIRI_SYSROOT` (recognized by `cargo miri` and the test suite)
174   indicates the sysroot to use.  To do the same thing with `miri`
175   directly, use the `--sysroot` flag.
176 * `MIRI_TEST_TARGET` (recognized by the test suite) indicates which target
177   architecture to test against.  `miri` and `cargo miri` accept the `--target`
178   flag for the same purpose.
179
180 ## Development and Debugging
181
182 If you want to hack on miri yourself, great!  Here are some resources you might
183 find useful.
184
185 ### Using a nightly rustc
186
187 Miri heavily relies on internal rustc interfaces to execute MIR.  Still, some
188 things (like adding support for a new intrinsic or a shim for an external
189 function being called) can be done by working just on the Miri side.
190
191 To prepare, make sure you are using a nightly Rust compiler.  Then you should be
192 able to just `cargo build` Miri.
193
194 In case this fails, your nightly might be incompatible with Miri master.  The
195 `rust-version` file contains the commit hash of rustc that Miri is currently
196 tested against; you can use that to find a nightly that works or you might have
197 to wait for the next nightly to get released. You can also use
198 [`rustup-toolchain-install-master`](https://github.com/kennytm/rustup-toolchain-install-master)
199 to install that exact version of rustc as a toolchain:
200 ```
201 rustup-toolchain-install-master $(cat rust-version) -c rust-src
202 ```
203
204 Another common problem is outdated dependencies: Miri does not come with a
205 lockfile (it cannot, due to how it gets embedded into the rustc build). So you
206 have to run `cargo update` every now and then yourself to make sure you are
207 using the latest versions of everything (which is what gets tested on CI).
208
209 ### Testing the Miri driver
210 [testing-miri]: #testing-the-miri-driver
211
212 The Miri driver in the `miri` binary is the "heart" of Miri: it is basically a
213 version of `rustc` that, instead of compiling your code, runs it.  It accepts
214 all the same flags as `rustc` (though the ones only affecting code generation
215 and linking obviously will have no effect) [and more][miri-flags].
216
217 Running the Miri driver requires some fiddling with environment variables, so
218 the `miri` script helps you do that.  For example, you can run the driver on a
219 particular file by doing
220
221 ```sh
222 ./miri run tests/run-pass/format.rs
223 ./miri run tests/run-pass/hello.rs --target i686-unknown-linux-gnu
224 ```
225
226 and you can run the test suite using:
227
228 ```
229 ./miri test
230 ```
231
232 `./miri test FILTER` only runs those tests that contain `FILTER` in their
233 filename (including the base directory, e.g. `./miri test fail` will run all
234 compile-fail tests).
235
236 You can get a trace of which MIR statements are being executed by setting the
237 `MIRI_LOG` environment variable.  For example:
238
239 ```sh
240 MIRI_LOG=info ./miri run tests/run-pass/vecs.rs
241 ```
242
243 Setting `MIRI_LOG` like this will configure logging for Miri itself as well as
244 the `rustc::mir::interpret` and `rustc_mir::interpret` modules in rustc.  You
245 can also do more targeted configuration, e.g. the following helps debug the
246 stacked borrows implementation:
247
248 ```sh
249 MIRI_LOG=rustc_mir::interpret=info,miri::stacked_borrows ./miri run tests/run-pass/vecs.rs
250 ```
251
252 In addition, you can set `MIRI_BACKTRACE=1` to get a backtrace of where an
253 evaluation error was originally raised.
254
255 ### Testing `cargo miri`
256
257 Working with the driver directly gives you full control, but you also lose all
258 the convenience provided by cargo.  Once your test case depends on a crate, it
259 is probably easier to test it with the cargo wrapper.  You can install your
260 development version of Miri using
261
262 ```
263 ./miri install
264 ```
265
266 and then you can use it as if it was installed by `rustup`.  Make sure you use
267 the same toolchain when calling `cargo miri` that you used when installing Miri!
268
269 There's a test for the cargo wrapper in the `test-cargo-miri` directory; run
270 `./run-test.py` in there to execute it.
271
272 ### Using a locally built rustc
273
274 A big part of the Miri driver lives in rustc, so working on Miri will sometimes
275 require using a locally built rustc.  The bug you want to fix may actually be on
276 the rustc side, or you just need to get more detailed trace of the execution
277 than what is possible with release builds -- in both cases, you should develop
278 miri against a rustc you compiled yourself, with debug assertions (and hence
279 tracing) enabled.
280
281 The setup for a local rustc works as follows:
282 ```sh
283 git clone https://github.com/rust-lang/rust/ rustc
284 cd rustc
285 cp config.toml.example config.toml
286 # Now edit `config.toml` and set `debug-assertions = true` and `test-miri = true`.
287 # The latter is important to build libstd with the right flags for miri.
288 # This step can take 30 minutes and more.
289 ./x.py build src/rustc
290 # If you change something, you can get a faster rebuild by doing
291 ./x.py --keep-stage 0 build src/rustc
292 # You may have to change the architecture in the next command
293 rustup toolchain link custom build/x86_64-unknown-linux-gnu/stage2
294 # Now cd to your Miri directory, then configure rustup
295 rustup override set custom
296 ```
297
298 With this, you should now have a working development setup!  See
299 [above][testing-miri] for how to proceed working with the Miri driver.
300
301 ## Contributing and getting help
302
303 Check out the issues on this GitHub repository for some ideas. There's lots that
304 needs to be done that I haven't documented in the issues yet, however. For more
305 ideas or help with running or hacking on Miri, you can open an issue here on
306 GitHub or contact us (`oli-obk` and `RalfJ`) on the [Rust Zulip].
307
308 [Rust Zulip]: https://rust-lang.zulipchat.com
309
310 ## History
311
312 This project began as part of an undergraduate research course in 2015 by
313 @solson at the [University of Saskatchewan][usask].  There are [slides] and a
314 [report] available from that project.  In 2016, @oli-obk joined to prepare miri
315 for eventually being used as const evaluator in the Rust compiler itself
316 (basically, for `const` and `static` stuff), replacing the old evaluator that
317 worked directly on the AST.  In 2017, @RalfJung did an internship with Mozilla
318 and began developing miri towards a tool for detecting undefined behavior, and
319 also using miri as a way to explore the consequences of various possible
320 definitions for undefined behavior in Rust.  @oli-obk's move of the miri engine
321 into the compiler finally came to completion in early 2018.  Meanwhile, later
322 that year, @RalfJung did a second internship, developing miri further with
323 support for checking basic type invariants and verifying that references are
324 used according to their aliasing restrictions.
325
326 [usask]: https://www.usask.ca/
327 [slides]: https://solson.me/miri-slides.pdf
328 [report]: https://solson.me/miri-report.pdf
329
330 ## Bugs found by Miri
331
332 Miri has already found a number of bugs in the Rust standard library and beyond, which we collect here.
333
334 Definite bugs found:
335
336 * [`Debug for vec_deque::Iter` accessing uninitialized memory](https://github.com/rust-lang/rust/issues/53566)
337 * [`Vec::into_iter` doing an unaligned ZST read](https://github.com/rust-lang/rust/pull/53804)
338 * [`From<&[T]> for Rc` creating a not sufficiently aligned reference](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54908)
339 * [`BTreeMap` creating a shared reference pointing to a too small allocation](https://github.com/rust-lang/rust/issues/54957)
340 * [`Vec::append` creating a dangling reference](https://github.com/rust-lang/rust/pull/61082)
341 * [Futures turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56319)
342 * [`str` turning a shared reference into a mutable one](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58200)
343 * [`rand` performing unaligned reads](https://github.com/rust-random/rand/issues/779)
344 * [The Unix allocator calling `posix_memalign` in an invalid way](https://github.com/rust-lang/rust/issues/62251)
345 * [`getrandom` calling the `getrandom` syscall in an invalid way](https://github.com/rust-random/getrandom/pull/73)
346
347 Violations of Stacked Borrows found that are likely bugs (but Stacked Borrows is currently just an experiment):
348
349 * [`VecDeque` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56161)
350 * [`BTreeMap` creating mutable references that overlap with shared references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58431)
351 * [`LinkedList` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/60072)
352 * [`Vec::push` invalidating existing references into the vector](https://github.com/rust-lang/rust/issues/60847)
353
354 ## License
355
356 Licensed under either of
357   * Apache License, Version 2.0 ([LICENSE-APACHE](LICENSE-APACHE) or
358     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0)
359   * MIT license ([LICENSE-MIT](LICENSE-MIT) or
360     http://opensource.org/licenses/MIT) at your option.
361
362 ### Contribution
363
364 Unless you explicitly state otherwise, any contribution intentionally submitted
365 for inclusion in the work by you shall be dual licensed as above, without any
366 additional terms or conditions.