]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blobdiff - README.md
Add `measureme` integration for profiling the interpreted program
[rust.git] / README.md
index 4d37f2c353c59f0e71a4984efad3750f47291142..87f6b87c6626949b82d57e7ca2a471a69bd9ac62 100644 (file)
--- a/README.md
+++ b/README.md
@@ -1,8 +1,12 @@
-# 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)
+# Miri
 
+[![Actions build status][actions-badge]][actions-url]
+
+[actions-badge]: https://github.com/rust-lang/miri/workflows/CI/badge.svg?branch=master
+[actions-url]: https://github.com/rust-lang/miri/actions
 
 An experimental interpreter for [Rust][rust]'s
-[mid-level intermediate representation][mir] (MIR).  It can run binaries and
+[mid-level intermediate representation][mir] (MIR). It can run binaries and
 test suites of cargo projects and detect certain classes of
 [undefined behavior](https://doc.rust-lang.org/reference/behavior-considered-undefined.html),
 for example:
@@ -16,13 +20,19 @@ for example:
   or an invalid enum discriminant)
 * **Experimental**: Violations of the [Stacked Borrows] rules governing aliasing
   for reference types
+* **Experimental**: Data races (but no weak memory effects)
 
 On top of that, Miri will also tell you about memory leaks: when there is memory
 still allocated at the end of the execution, and that memory is not reachable
-from a global `static`, Miri will raise an error. Note however that
-[leak checking is currently disabled on Windows targets](https://github.com/rust-lang/miri/issues/1302).
+from a global `static`, Miri will raise an error.
+
+You can use Miri to emulate programs on other targets, e.g. to ensure that
+byte-level data manipulation works correctly both on little-endian and
+big-endian systems. See
+[cross-interpretation](#cross-interpretation-running-for-different-targets)
+below.
 
-Miri has already discovered some [real-world bugs](#bugs-found-by-miri).  If you
+Miri has already discovered some [real-world bugs](#bugs-found-by-miri). If you
 found a bug with Miri, we'd appreciate if you tell us and we'll add it to the
 list!
 
@@ -31,7 +41,7 @@ in your program, and cannot run all programs:
 
 * There are still plenty of open questions around the basic invariants for some
   types and when these invariants even have to hold. Miri tries to avoid false
-  positives here, so if you program runs fine in Miri right now that is by no
+  positives here, so if your program runs fine in Miri right now that is by no
   means a guarantee that it is UB-free when these questions get answered.
 
     In particular, Miri does currently not check that integers/floats are
@@ -40,14 +50,15 @@ in your program, and cannot run all programs:
   still run fine in Miri -- but might break (including causing UB) on different
   compiler versions or different platforms.
 * Program execution is non-deterministic when it depends, for example, on where
-  exactly in memory allocations end up. Miri tests one of many possible
-  executions of your program. If your code is sensitive to allocation base
-  addresses or other non-deterministic data, try running Miri with different
-  values for `-Zmiri-seed` to test different executions.
+  exactly in memory allocations end up, or on the exact interleaving of
+  concurrent threads. Miri tests one of many possible executions of your
+  program. You can alleviate this to some extent by running Miri with different
+  values for `-Zmiri-seed`, but that will still by far not explore all possible
+  executions.
 * Miri runs the program as a platform-independent interpreter, so the program
   has no access to most platform-specific APIs or FFI. A few APIs have been
   implemented (such as printing to stdout) but most have not: for example, Miri
-  currently does not support concurrency, or SIMD, or networking.
+  currently does not support SIMD or networking.
 
 [rust]: https://www.rust-lang.org/
 [mir]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/1211-mir.md
@@ -72,36 +83,32 @@ determine a nightly version that comes with Miri and install that using
 
 Now you can run your project in Miri:
 
-1. Run `cargo clean` to eliminate any cached dependencies.  Miri needs your
+1. Run `cargo clean` to eliminate any cached dependencies. Miri needs your
    dependencies to be compiled the right way, that would not happen if they have
    previously already been compiled.
 2. To run all tests in your project through Miri, use `cargo miri test`.
 3. If you have a binary project, you can run it through Miri using `cargo miri run`.
 
 The first time you run Miri, it will perform some extra setup and install some
-dependencies.  It will ask you for confirmation before installing anything.
+dependencies. It will ask you for confirmation before installing anything.
 
-Miri supports cross-execution: if you want to run the program as if it was a
-Linux program, you can do `cargo miri run --target x86_64-unknown-linux-gnu`.
-This is particularly useful if you are using Windows, as the Linux target is
-much better supported than Windows targets.
+`cargo miri run/test` supports the exact same flags as `cargo run/test`. For
+example, `cargo miri test filter` only runs the tests containing `filter` in
+their name.
 
-You can pass arguments to Miri after the first `--`, and pass arguments to the
-interpreted program or test suite after the second `--`.  For example, `cargo
-miri run -- -Zmiri-disable-validation` runs the program without validation of
-basic type invariants and without checking the aliasing of references.
+You can pass arguments to Miri via `MIRIFLAGS`. For example,
+`MIRIFLAGS="-Zmiri-disable-stacked-borrows" cargo miri run` runs the program
+without checking the aliasing of references.
 
-When compiling code via `cargo miri`, the `miri` config flag is set.  You can
-use this to ignore test cases that fail under Miri because they do things Miri
-does not support:
+When compiling code via `cargo miri`, the `cfg(miri)` config flag is set for code
+that will be interpret under Miri. You can use this to ignore test cases that fail
+under Miri because they do things Miri does not support:
 
 ```rust
 #[test]
 #[cfg_attr(miri, ignore)]
 fn does_not_work_on_miri() {
-    std::thread::spawn(|| println!("Hello Thread!"))
-        .join()
-        .unwrap();
+    tokio::run(futures::future::ok::<_, ()>(()));
 }
 ```
 
@@ -109,12 +116,25 @@ There is no way to list all the infinite things Miri cannot do, but the
 interpreter will explicitly tell you when it finds something unsupported:
 
 ```
-error: unsupported operation: Miri does not support threading
+error: unsupported operation: can't call foreign function: bind
     ...
     = help: this is likely not a bug in the program; it indicates that the program \
             performed an operation that the interpreter does not support
 ```
 
+### Cross-interpretation: running for different targets
+
+Miri can not only run a binary or test suite for your host target, it can also
+perform cross-interpretation for arbitrary foreign targets: `cargo miri run
+--target x86_64-unknown-linux-gnu` will run your program as if it was a Linux
+program, no matter your host OS. This is particularly useful if you are using
+Windows, as the Linux target is much better supported than Windows targets.
+
+You can also use this to test platforms with different properties than your host
+platform. For example `cargo miri test --target mips64-unknown-linux-gnuabi64`
+will run your test suite on a big-endian target, which is useful for testing
+endian-sensitive code.
+
 ### Running Miri on CI
 
 To run Miri on CI, make sure that you handle the case where the latest nightly
@@ -127,21 +147,29 @@ MIRI_NIGHTLY=nightly-$(curl -s https://rust-lang.github.io/rustup-components-his
 echo "Installing latest nightly with Miri: $MIRI_NIGHTLY"
 rustup set profile minimal
 rustup default "$MIRI_NIGHTLY"
-
 rustup component add miri
-cargo miri setup
 
 cargo miri test
 ```
 
-We use `cargo miri setup` to avoid getting interactive questions about the extra
-setup needed for Miri.
-
 ### Common Problems
 
 When using the above instructions, you may encounter a number of confusing compiler
 errors.
 
+### "note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace"
+
+You may see this when trying to get Miri to display a backtrace. By default, Miri
+doesn't expose any environment to the program, so running
+`RUST_BACKTRACE=1 cargo miri test` will not do what you expect.
+
+To get a backtrace, you need to disable isolation
+[using `-Zmiri-disable-isolation`][miri-flags]:
+
+```sh
+RUST_BACKTRACE=1 MIRIFLAGS="-Zmiri-disable-isolation" cargo miri test
+```
+
 #### "found possibly newer version of crate `std` which `<dependency>` depends on"
 
 Your build directory may contain artifacts from an earlier build that have/have
@@ -158,25 +186,34 @@ Try deleting `~/.cache/miri`.
 
 This means the sysroot you are using was not compiled with Miri in mind.  This
 should never happen when you use `cargo miri` because that takes care of setting
-up the sysroot.  If you are using `miri` (the Miri driver) directly, see
-[below][testing-miri] for how to set up the sysroot.
+up the sysroot.  If you are using `miri` (the Miri driver) directly, see the
+[contributors' guide](CONTRIBUTING.md) for how to use `./miri` to best do that.
 
 
 ## Miri `-Z` flags and environment variables
 [miri-flags]: #miri--z-flags-and-environment-variables
 
-Miri adds its own set of `-Z` flags:
-
-* `-Zmiri-disable-alignment-check` disables checking pointer alignment. This is
-  useful to avoid [false positives][alignment-false-positives]. However, setting
-  this flag means Miri could miss bugs in your program.
+Miri adds its own set of `-Z` flags, which are usually set via the `MIRIFLAGS`
+environment variable:
+
+* `-Zmiri-compare-exchange-weak-failure-rate=<rate>` changes the failure rate of
+  `compare_exchange_weak` operations. The default is `0.8` (so 4 out of 5 weak ops will fail).
+  You can change it to any value between `0.0` and `1.0`, where `1.0` means it
+  will always fail and `0.0` means it will never fail.
+* `-Zmiri-disable-alignment-check` disables checking pointer alignment, so you
+  can focus on other failures, but it means Miri can miss bugs in your program.
+  Using this flag is **unsound**.
+* `-Zmiri-disable-data-race-detector` disables checking for data races.  Using
+  this flag is **unsound**.
 * `-Zmiri-disable-stacked-borrows` disables checking the experimental
   [Stacked Borrows] aliasing rules.  This can make Miri run faster, but it also
-  means no aliasing violations will be detected.
+  means no aliasing violations will be detected.  Using this flag is **unsound**
+  (but the affected soundness rules are experimental).
 * `-Zmiri-disable-validation` disables enforcing validity invariants, which are
   enforced by default.  This is mostly useful to focus on other failures (such
-  as out-of-bounds accesses) first.  Setting this flag means Miri will miss bugs
-  in your program.  However, this can also help to make Miri run faster.
+  as out-of-bounds accesses) first.  Setting this flag means Miri can miss bugs
+  in your program.  However, this can also help to make Miri run faster.  Using
+  this flag is **unsound**.
 * `-Zmiri-disable-isolation` disables host isolation.  As a consequence,
   the program has access to host resources such as environment variables, file
   systems, and randomness.
@@ -191,15 +228,40 @@ Miri adds its own set of `-Z` flags:
   entropy.  The default seed is 0.  **NOTE**: This entropy is not good enough
   for cryptographic use!  Do not generate secret keys in Miri or perform other
   kinds of cryptographic operations that rely on proper random numbers.
+* `-Zmiri-symbolic-alignment-check` makes the alignment check more strict.  By
+  default, alignment is checked by casting the pointer to an integer, and making
+  sure that is a multiple of the alignment.  This can lead to cases where a
+  program passes the alignment check by pure chance, because things "happened to
+  be" sufficiently aligned -- there is no UB in this execution but there would
+  be UB in others.  To avoid such cases, the symbolic alignment check only takes
+  into account the requested alignment of the relevant allocation, and the
+  offset into that allocation.  This avoids missing such bugs, but it also
+  incurs some false positives when the code does manual integer arithmetic to
+  ensure alignment.  (The standard library `align_to` method works fine in both
+  modes; under symbolic alignment it only fills the middle slice when the
+  allocation guarantees sufficient alignment.)
 * `-Zmiri-track-alloc-id=<id>` shows a backtrace when the given allocation is
   being allocated or freed.  This helps in debugging memory leaks and
   use after free bugs.
+* `-Zmiri-track-call-id=<id>` shows a backtrace when the given call id is
+  assigned to a stack frame.  This helps in debugging UB related to Stacked
+  Borrows "protectors".
 * `-Zmiri-track-pointer-tag=<tag>` shows a backtrace when the given pointer tag
   is popped from a borrow stack (which is where the tag becomes invalid and any
   future use of it will error).  This helps you in finding out why UB is
   happening and where in your code would be a good place to look for it.
-
-[alignment-false-positives]: https://github.com/rust-lang/miri/issues/1074
+* `-Zmiri-track-raw-pointers` makes Stacked Borrows track a pointer tag even for
+  raw pointers. This can make valid code fail to pass the checks, but also can
+  help identify latent aliasing issues in code that Miri accepts by default. You
+  can recognize false positives by `<untagged>` occurring in the message -- this
+  indicates a pointer that was cast from an integer, so Miri was unable to track
+  this pointer. Note that it is not currently guaranteed that code that works
+  with `-Zmiri-track-raw-pointers` also works without
+  `-Zmiri-track-raw-pointers`, but for the vast majority of code, this will be the case.
+* `-Zmiri-measureme=<name>` enables `measureme` profiling for the interpreted program.
+   This can be used to find which parts of your program are executing slowly under Miri.
+   The profile is written out to a file with the prefix `<name>`, and can be processed
+   using the tools in the repository https://github.com/rust-lang/measureme
 
 Some native rustc `-Z` flags are also very relevant for Miri:
 
@@ -215,15 +277,94 @@ Some native rustc `-Z` flags are also very relevant for Miri:
 Moreover, Miri recognizes some environment variables:
 
 * `MIRI_LOG`, `MIRI_BACKTRACE` control logging and backtrace printing during
-  Miri executions, also [see above][testing-miri].
+  Miri executions, also [see "Testing the Miri driver" in `CONTRIBUTING.md`][testing-miri].
+* `MIRIFLAGS` (recognized by `cargo miri` and the test suite) defines extra
+  flags to be passed to Miri.
 * `MIRI_SYSROOT` (recognized by `cargo miri` and the test suite)
   indicates the sysroot to use.  To do the same thing with `miri`
   directly, use the `--sysroot` flag.
 * `MIRI_TEST_TARGET` (recognized by the test suite) indicates which target
   architecture to test against.  `miri` and `cargo miri` accept the `--target`
   flag for the same purpose.
-* `MIRI_TEST_FLAGS` (recognized by the test suite) defines extra flags to be
-  passed to Miri.
+
+The following environment variables are *internal* and must not be used by
+anyone but Miri itself. They are used to communicate between different Miri
+binaries, and as such worth documenting:
+
+* `MIRI_BE_RUSTC` can be set to `host` or `target`. It tells the Miri driver to
+  actually not interpret the code but compile it like rustc would. With `target`, Miri sets
+  some compiler flags to prepare the code for interpretation; with `host`, this is not done.
+  This environment variable is useful to be sure that the compiled `rlib`s are compatible
+  with Miri.
+* `MIRI_CALLED_FROM_XARGO` is set during the Miri-induced `xargo` sysroot build,
+  which will re-invoke `cargo-miri` as the `rustc` to use for this build.
+* `MIRI_CALLED_FROM_RUSTDOC` when set to any value tells `cargo-miri` that it is
+  running as a child process of `rustdoc`, which invokes it twice for each doc-test
+  and requires special treatment, most notably a check-only build before interpretation.
+  This is set by `cargo-miri` itself when running as a `rustdoc`-wrapper.
+* `MIRI_CWD` when set to any value tells the Miri driver to change to the given
+  directory after loading all the source files, but before commencing
+  interpretation. This is useful if the interpreted program wants a different
+  working directory at run-time than at build-time.
+* `MIRI_VERBOSE` when set to any value tells the various `cargo-miri` phases to
+  perform verbose logging.
+  
+[testing-miri]: CONTRIBUTING.md#testing-the-miri-driver
+
+## Miri `extern` functions
+
+Miri provides some `extern` functions that programs can import to access
+Miri-specific functionality:
+
+```rust
+#[cfg(miri)]
+extern "Rust" {
+    /// Miri-provided extern function to mark the block `ptr` points to as a "root"
+    /// for some static memory. This memory and everything reachable by it is not
+    /// considered leaking even if it still exists when the program terminates.
+    ///
+    /// `ptr` has to point to the beginning of an allocated block.
+    fn miri_static_root(ptr: *const u8);
+
+    /// Miri-provided extern function to obtain a backtrace of the current call stack.
+    /// This returns a boxed slice of pointers - each pointer is an opaque value
+    /// that is only useful when passed to `miri_resolve_frame`
+    /// The `flags` argument must be `0`.
+    fn miri_get_backtrace(flags: u64) -> Box<[*mut ()]>;
+
+    /// Miri-provided extern function to resolve a frame pointer obtained
+    /// from `miri_get_backtrace`. The `flags` argument must be `0`,
+    /// and `MiriFrame` should be declared as follows:
+    ///
+    /// ```rust
+    /// #[repr(C)]
+    /// struct MiriFrame {
+    ///     // The name of the function being executed, encoded in UTF-8
+    ///     name: Box<[u8]>,
+    ///     // The filename of the function being executed, encoded in UTF-8
+    ///     filename: Box<[u8]>,
+    ///     // The line number currently being executed in `filename`, starting from '1'.
+    ///     lineno: u32,
+    ///     // The column number currently being executed in `filename`, starting from '1'.
+    ///     colno: u32,
+    ///     // The function pointer to the function currently being executed.
+    ///     // This can be compared against function pointers obtained by
+    ///     // casting a function (e.g. `my_fn as *mut ()`)
+    ///     fn_ptr: *mut ()
+    /// }
+    /// ```
+    ///
+    /// The fields must be declared in exactly the same order as they appear in `MiriFrame` above.
+    /// This function can be called on any thread (not just the one which obtained `frame`).
+    fn miri_resolve_frame(frame: *mut (), flags: u64) -> MiriFrame;
+
+    /// Miri-provided extern function to begin unwinding with the given payload.
+    ///
+    /// This is internal and unstable and should not be used; we give it here
+    /// just to be complete.
+    fn miri_start_panic(payload: *mut u8) -> !;
+}
+```
 
 ## Contributing and getting help
 
@@ -231,9 +372,9 @@ If you want to contribute to Miri, great!  Please check out our
 [contribution guide](CONTRIBUTING.md).
 
 For help with running Miri, you can open an issue here on
-GitHub or contact us (`oli-obk` and `RalfJ`) on the [Rust Zulip].
+GitHub or use the [Miri stream on the Rust Zulip][zulip].
 
-[Rust Zulip]: https://rust-lang.zulipchat.com
+[zulip]: https://rust-lang.zulipchat.com/#narrow/stream/269128-miri
 
 ## History
 
@@ -272,28 +413,45 @@ Definite bugs found:
 * [The Unix allocator calling `posix_memalign` in an invalid way](https://github.com/rust-lang/rust/issues/62251)
 * [`getrandom` calling the `getrandom` syscall in an invalid way](https://github.com/rust-random/getrandom/pull/73)
 * [`Vec`](https://github.com/rust-lang/rust/issues/69770) and [`BTreeMap`](https://github.com/rust-lang/rust/issues/69769) leaking memory under some (panicky) conditions
-* [Memory leak in `beef`](https://github.com/maciejhirsz/beef/issues/12)
-* [Invalid use of undefined memory in `EbrCell`](https://github.com/Firstyear/concread/commit/b15be53b6ec076acb295a5c0483cdb4bf9be838f#diff-6282b2fc8e98bd089a1f0c86f648157cR229)
-* [Unaligned pointer access in TiKV](https://github.com/tikv/tikv/issues/7613)
+* [`beef` leaking memory](https://github.com/maciejhirsz/beef/issues/12)
+* [`EbrCell` using uninitialized memory incorrectly](https://github.com/Firstyear/concread/commit/b15be53b6ec076acb295a5c0483cdb4bf9be838f#diff-6282b2fc8e98bd089a1f0c86f648157cR229)
+* [TiKV performing an unaligned pointer access](https://github.com/tikv/tikv/issues/7613)
+* [`servo_arc` creating a dangling shared reference](https://github.com/servo/servo/issues/26357)
+* [TiKV constructing out-of-bounds pointers (and overlapping mutable references)](https://github.com/tikv/tikv/pull/7751)
+* [`encoding_rs` doing out-of-bounds pointer arithmetic](https://github.com/hsivonen/encoding_rs/pull/53)
+* [TiKV using `Vec::from_raw_parts` incorrectly](https://github.com/tikv/agatedb/pull/24)
+* Incorrect doctests for [`AtomicPtr`](https://github.com/rust-lang/rust/pull/84052) and [`Box::from_raw_in`](https://github.com/rust-lang/rust/pull/84053)
 
 Violations of [Stacked Borrows] found that are likely bugs (but Stacked Borrows is currently just an experiment):
 
-* [`VecDeque` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56161)
-* [`BTreeMap` creating mutable references that overlap with shared references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58431)
-* [`LinkedList` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/60072)
+* [`VecDeque::drain` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/56161)
+* Various `BTreeMap` problems
+    * [`BTreeMap` iterators creating mutable references that overlap with shared references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/58431)
+    * [`BTreeMap::iter_mut` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/issues/73915)
+    * [`BTreeMap` node insertion using raw pointers outside their valid memory area](https://github.com/rust-lang/rust/issues/78477)
+* [`LinkedList` cursor insertion creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/pull/60072)
 * [`Vec::push` invalidating existing references into the vector](https://github.com/rust-lang/rust/issues/60847)
 * [`align_to_mut` violating uniqueness of mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/issues/68549)
-* [Aliasing mutable references in `sized-chunks`](https://github.com/bodil/sized-chunks/issues/8)
+* [`sized-chunks` creating aliasing mutable references](https://github.com/bodil/sized-chunks/issues/8)
 * [`String::push_str` invalidating existing references into the string](https://github.com/rust-lang/rust/issues/70301)
-- [`ryu` creating incorrect mutable references](https://github.com/dtolnay/ryu/issues/24)
+* [`ryu` using raw pointers outside their valid memory area](https://github.com/dtolnay/ryu/issues/24)
+* [ink! creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/miri/issues/1364)
+* [TiKV creating overlapping mutable reference and raw pointer](https://github.com/tikv/tikv/pull/7709)
+* [Windows `Env` iterator using a raw pointer outside its valid memory area](https://github.com/rust-lang/rust/pull/70479)
+* [`VecDeque::iter_mut` creating overlapping mutable references](https://github.com/rust-lang/rust/issues/74029)
+* [Various standard library aliasing issues involving raw pointers](https://github.com/rust-lang/rust/pull/78602)
+* [`<[T]>::copy_within` using a loan after invalidating it](https://github.com/rust-lang/rust/pull/85610)
 
 ## License
 
 Licensed under either of
+
   * Apache License, Version 2.0 ([LICENSE-APACHE](LICENSE-APACHE) or
     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0)
   * MIT license ([LICENSE-MIT](LICENSE-MIT) or
-    http://opensource.org/licenses/MIT) at your option.
+    http://opensource.org/licenses/MIT)
+
+at your option.
 
 ### Contribution