Speicherschutz und Dateisysteme
Speicherschutz und Dateisysteme
Betriebssysteme müssen nicht nur Speicher verteilen, sondern auch verhindern, dass Prozesse fremde Bereiche lesen oder verändern.
Außerdem verwalten sie dauerhafte Daten auf Speichermedien wie SSDs und HDDs.
Speicherschutz
Speicherschutz verhindert, dass ein Prozess außerhalb seines erlaubten Speicherbereichs arbeitet.
Ziele:
- Schutz anderer Prozesse
- Schutz des Kernels
- Schutz sensibler Daten
- kontrollierte Fehlerbehandlung
- Stabilität des Systems
Wenn ein Prozess unerlaubt auf Speicher zugreift, kann das Betriebssystem ihn beenden oder einen Fehler auslösen.
ASLR
Address Space Layout Randomization ordnet Speicherbereiche zufällig an.
Dadurch wird es schwieriger, Angriffe zuverlässig auszuführen, weil Adressen nicht mehr leicht vorhersehbar sind.
ASLR schützt besonders gegen Angriffe, die feste Speicheradressen ausnutzen wollen.
ROP
Return-Oriented Programming ist eine Angriffstechnik, mit der Angreifer vorhandene Codefragmente missbrauchen.
Wichtig: ASLR erschwert solche Angriffe, verhindert sie aber nicht vollständig. Moderne Systeme kombinieren deshalb mehrere Schutzmechanismen.
Dateiverwaltung
Dateien liegen nicht einfach direkt auf einer Festplatte. Dazwischen gibt es mehrere Schichten.
Vereinfacht:
- Speichergerät
- Partition
- Volume
- Dateisystem
- Datei
Das Betriebssystem abstrahiert diese Schichten und bietet Anwendungen Funktionen wie Öffnen, Lesen, Schreiben und Löschen.
SSDs, HDDs und FTL
Speichermedien haben unterschiedliche Eigenschaften.
| Medium | Eigenschaften |
|---|---|
| HDD | Mechanische Festplatte, bewegliche Teile, höhere Zugriffszeiten. |
| SSD | Flash-Speicher, schnelle Zugriffe, begrenzte Schreibzyklen. |
Bei SSDs übersetzt die Flash Translation Layer logische Adressen auf physische Speicherbereiche.
Dateisysteme
Bekannte Dateisysteme:
- FAT32
- NTFS
- ext4
- APFS
Ein Dateisystem organisiert:
- Dateinamen
- Ordnerstrukturen
- Metadaten
- freie Blöcke
- Zugriffsrechte
- Datenblöcke
Schichten eines Dateisystems
| Schicht | Aufgabe |
|---|---|
| Logical File System | Verwaltet Metadaten und Dateiinformationen. |
| File-Organization Module | Ordnet logische Dateiblöcke echten Blöcken zu. |
| Basic File System | Führt grundlegende Block-I/O-Operationen aus. |
Diese Schichten trennen logische Dateisicht von physischer Speicherung.
Datenkonsistenz
Dateisysteme müssen verhindern, dass Daten bei Abstürzen oder Stromausfall kaputt werden.
Risiken:
- halbfertige Schreibvorgänge
- beschädigte Metadaten
- verlorene Verzeichniseinträge
- inkonsistente freie Blöcke
Gegenmaßnahmen:
- Journaling
- Copy-on-Write
- Synchronisation
- Dateisystemprüfungen
- kontrolliertes Aushängen von Volumes
Sicherheitsbezug
Dateiverwaltung ist ein Sicherheitsbereich.
Wichtige Fragen:
- Wer darf eine Datei lesen?
- Wer darf sie verändern?
- Wer darf sie ausführen?
- Werden Metadaten korrekt geschützt?
- Können Prozesse fremde Dateien überschreiben?
- Werden temporäre Dateien sicher angelegt?
Merksatz
Speicherschutz schützt laufende Prozesse. Dateisysteme schützen dauerhafte Daten. Beide Bereiche sind Kernaufgaben sicherer Betriebssysteme.
Zuletzt aktualisiert: 6. Juni 2026