rust-sanitizers-miri

Rust のサニタイザーと Miri

目的

エージェント向けに、Rust の実行時安全性を検証する方法を説明します。RUSTFLAGS を使った ASan／TSan／MSan／UBSan、unsafe コードのコンパイル時 UB 検出に使う Miri、サニタイザーレポートの読み解き方を扱います。

使用する場面

• 「Rust コードで AddressSanitizer を実行する方法を教えてください」
• 「unsafe Rust のチェックに Miri を使う方法を教えてください」
• 「Rust プログラムで ThreadSanitizer を実行する方法を教えてください」
• 「unsafe Rust に UB があるかもしれません。検出する方法を教えてください」
• 「Rust の ASan レポートの読み解き方を教えてください」
• 「Rust のサニタイザーは stable で実行できますか？」

ワークフロー

1. Rust のサニタイザー（nightly が必要）

Rust のサニタイザーには nightly と、互換性のあるプラットフォームが必要です。

# Install nightly
rustup toolchain install nightly
rustup component add rust-src --toolchain nightly

# AddressSanitizer (Linux, macOS)
RUSTFLAGS="-Z sanitizer=address" \
    cargo +nightly test -Zbuild-std \
    --target x86_64-unknown-linux-gnu

# ThreadSanitizer (Linux)
RUSTFLAGS="-Z sanitizer=thread" \
    cargo +nightly test -Zbuild-std \
    --target x86_64-unknown-linux-gnu

# MemorySanitizer (Linux, requires all-instrumented build)
RUSTFLAGS="-Z sanitizer=memory -Zsanitizer-memory-track-origins" \
    cargo +nightly test -Zbuild-std \
    --target x86_64-unknown-linux-gnu

# UndefinedBehaviorSanitizer
RUSTFLAGS="-Z sanitizer=undefined" \
    cargo +nightly test -Zbuild-std \
    --target x86_64-unknown-linux-gnu

-Zbuild-std はサニタイザーを使って標準ライブラリを再ビルドします。正確な結果を得るために必要です。

2. stable でサニタイザーを使う方法

stable Rust では、サニタイザーがあらかじめ設定された Docker イメージと cross ツールを使うか、nightly イメージを使って Docker コンテナー内で cargo test を実行します。

または、nightly を使わずに、より簡単に UB をチェックするには、次のようにします。

# cargo-sanitize (wrapper)
cargo install cargo-sanitize
cargo sanitize address

3. Rust での ASan 出力の読み解き方

==12345==ERROR: AddressSanitizer: heap-buffer-overflow on address 0x602000000050
READ of size 4 at 0x602000000050 thread T0
    #0 0x401234 in myapp::module::function /src/main.rs:15
    #1 0x401567 in myapp::main /src/main.rs:42

0x602000000050 is located 0 bytes after a 40-byte region allocated at:
    #0 0x... in alloc::alloc::alloc ...
    #1 0x... in myapp::create_buffer /src/main.rs:10

Rust 固有のパターン：

ASan エラー	Rust で考えられる原因
heap-buffer-overflow	unsafe によるスライス範囲外へのアクセス
use-after-free	Vec の再割り当て後に unsafe ポインターを使用
stack-use-after-return	ローカル変数への参照を返す
heap-use-after-free	drop() または Box::from_raw の後に使用

4. Miri — 未定義動作のインタープリター

Miri は Rust MIR を解釈し、サニタイザーでは見逃す可能性がある UB を検出します。

# Install Miri (requires nightly)
rustup +nightly component add miri

# Run tests under Miri
cargo +nightly miri test

# Run specific test
cargo +nightly miri test test_name

# Run a binary under Miri
cargo +nightly miri run

# Run with Stacked Borrows model (strict aliasing)
MIRIFLAGS="-Zmiri-strict-provenance" cargo +nightly miri test

# Disable isolation (allow file I/O, randomness)
MIRIFLAGS="-Zmiri-disable-isolation" cargo +nightly miri test

5. Miri が検出するもの

// 1. Dangling pointer use
unsafe {
    let x = Box::new(42);
    let ptr = Box::into_raw(x);
    let _ = Box::from_raw(ptr);  // drop
    let _val = *ptr;  // Miri: use of dangling pointer
}

// 2. Invalid enum discriminant
let x: u8 = 3;
let e = unsafe { std::mem::transmute::<u8, MyEnum>(x) };
// Miri: enum value has invalid tag

// 3. Uninitialized memory read
let uninit: MaybeUninit<u32> = MaybeUninit::uninit();
let val = unsafe { uninit.assume_init() };  // Miri: reading uninitialized bytes

// 4. Stacked borrows violation
let mut x = 5u32;
let ptr = &mut x as *mut u32;
let _ref = &x;  // shared reference
unsafe { *ptr = 10; }  // Miri: mutable access while shared borrow exists

// 5. Data races (with threads)
// Miri simulates sequential execution and detects races via Stacked Borrows

6. Rust の ThreadSanitizer

RUSTFLAGS="-Z sanitizer=thread" \
    RUST_TEST_THREADS=8 \
    cargo +nightly test -Zbuild-std \
    --target x86_64-unknown-linux-gnu 2>&1 | head -50

TSan の出力：

WARNING: ThreadSanitizer: data race (pid=12345)
  Write of size 4 at 0x7f... by thread T2 (mutexes: write M1):
    #0 myapp::counter::increment src/counter.rs:10
  Previous read of size 4 at 0x7f... by thread T1:
    #0 myapp::counter::get src/counter.rs:5

7. MIRIFLAGS による Miri の設定

フラグ	効果
-Zmiri-disable-isolation	I/O、時計、乱数を許可
-Zmiri-strict-provenance	厳密なポインター来歴（LLVM より厳格）
-Zmiri-symbolic-alignment-check	より厳格なアライメントチェック
-Zmiri-check-number-validity	浮動小数点数／整数の妥当性をチェック
-Zmiri-num-cpus=N	N 個の CPU をシミュレート（並行処理用）
-Zmiri-seed=N	ランダムスケジューリングのシード
-Zmiri-ignore-leaks	メモリーリークエラーを抑制
-Zmiri-tag-raw-pointers	生ポインターの来歴を追跡

8. CI への統合

# GitHub Actions
- name: Miri
  run: |
    rustup toolchain install nightly
    rustup +nightly component add miri
    cargo +nightly miri test
  env:
    MIRIFLAGS: "-Zmiri-disable-isolation"

- name: ASan (nightly)
  run: |
    rustup component add rust-src --toolchain nightly
    RUSTFLAGS="-Z sanitizer=address" \
    cargo +nightly test -Zbuild-std \
    --target x86_64-unknown-linux-gnu

関連スキル

• Rust のパニックを GDB／LLDB でデバッグするには、skills/rust/rust-debugging を使用します
• C／C++ のサニタイザーの使い方や比較については、skills/runtimes/sanitizers を使用します
• unsafe Rust のパターンやレビュー用チェックリストについては、skills/rust/rust-unsafe を使用します
• サニタイザーエラーを引き起こす入力を生成するには、skills/runtimes/fuzzing を使用します