Betriebssysteme Teil 16: Dateisysteme (Beispiele)

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1 Betriebssysteme Teil 16: Dateisysteme (Beispiele)

2 Übersicht UNIX-Dateisystem (ext2) Super-User unter Linux werden MSDOS: FAT16 und FAT32 Die in diesem Teil vorgestellten Informationen stellen lediglich das Prinzip dar - im Detail ist alles etwas komplizierter... 2

3 Struktur eines typischen UNIX-Filesystems 3

4 Bemerkungen Der erste Block des Filesystems - der Bootblock - ist für Code und Daten beim Booten (Hochfahren) oder Montieren (mount) reserviert. Der Superblock ist ein globales Inhaltsverzeichnis, das den Aufbau, insbesondere die Länge der drei Abschnitte im Dateisystem festlegt. Darüber hinaus wird die Liste der freien Blöcke über den Superblock verwaltet (Freiliste, free list). Wenn dieser Superblock verloren geht, ist das Dateisystem meist nicht mehr zu retten. Daher werden mehrere Kopien der Superblöcke in Abständen auf der Platte verteilt. 4

5 Superblock (Beispiel) 5

6 Aufbau des Informationsknotens (inode) 6

7 Erläuterungen Da nur in wenigen Fällen eine Datei in einen Block passt, muss eine Datei als Kette von Blöcken verwaltet werden, d.h. irgendwo muss für jeden Block (außer für den letzten) vermerkt werden, welcher Block der folgende ist. Dies sollte aus Performanzgründen nicht im Block selbst, sondern außerhalb erfolgen. Daher werden die Verweise auf die ersten Blöcke im Deskriptor selbst abgelegt. Reicht das nicht aus, wird ein Verweis auf einen Block, in dem nur Verweise auf Blöcke stehen (2. Stufe), benutzt. Reicht das immer noch nicht aus, dann wird ein Verweis auf einen Block, in dem Verweise auf Blöcke stehen, in denen sich Verweise auf Blöcke befinden (3. Stufe) eingeführt. Die Anwendung dieser Möglichkeiten hängt von der Länge der Datei ab. 7

8 Blockverkettungen (Beispiel) 8

9 Ordner und Links In einem Ordner wird neben dem Dateinamen die Nummer des inodes vermerkt, also der Index in die inode-tabelle. Daher können mehrere Einträge im einem oder in verschiedenen Ordnern auf dieselbe Datei zeigen. Ein Ordner ist daher eine Liste aus Strukturen, bestehend aus Namen der Datei Nummer des inodes Die Anzahl der Verweise ist der Link Count. Beim Löschen wird ein Ordnereintrag gelöscht und der Link Count um 1 erniedrigt. Erst wenn er auf 0 ist, wird die Datei gelöscht. Das Löschen einer Datei bedeutet, dass deren Blöcke in die Freispeicher-Liste gebracht werden, also nicht überschrieben werden. 9

10 Superuser durch Mount I Der Angreifer bastelt sich auf einem Wechselmedium ein UNIX- Dateisystem zusammen, bei dem die Binärversion vom bash mit Set-UID und owner=root vorhanden ist. Nehmen wir einmal an: Es wird das Medium eingelegt und ohne root-rechte montiert. Vom Medium wird bash aufgerufen, der nun als root-shell läuft und seine root-uid an alle eingegebenen Kommandos vererbt. Das war's dann wohl... Das ist der Grund, warum nur root montieren darf... 10

11 Superuser durch Mount II 11

12 Sicherheitslücke: Mount II Nur so nebenbei Das Problem haben auch Windows und MacOS. Heutige Linux-Systeme nehmen die Informationen über die Rechte in montierten Dateisystemen nicht mehr ernst, u.a.: Es wird global ein Benutzer ohne weitere Rechte als Besitzer der Dateien angenommen, so etwas wie "gast". Set-UID/Set-GID-Bits werden grundsätzlich ignoriert. Programme von externen Datenträgern können ohne schon vorher root-rechte zu haben nicht gestartet werden. Etwas abstrakter: Ohne weitere Maßnahmen kann sich ein Betriebssystem nicht überzeugen, dass die Verwaltungsinformationen in einem Dateisystem von ihm selbst geschrieben und daher vertrauenswürdig sind. 12

13 MSDOS-Filesysteme FAT16/32 Von Microsoft ab 1977 entwickelt FAT = File Allocation Table Verschiedene Versionen: FAT12 (12 bit FAT) nur für Disketten FAT16 (16 bit FAT) nur für Disketten VFAT/FAT32 (32 bit FAT) Kleinste adressierbare Einheit: Cluster bestehen aus mehreren Blöcken. Blöcke haben die Länge von 512 Byte Maximale Blockzahl pro Cluster: 64 Maximale FAT16-Dateisystemgröße: 2 GByte 13

14 FAT32 und VFAT FAT32 Blockadressen sind 32 bit, wobei nur 28 bit benutzt werden maximal 2 28 = Cluster Dateisystemgröße 8 Gbyte bei Clustergröße von 4 Kbyte maximal 2 43 Byte (ca. 8,8 TeraByte) Maximale Größe einer Datei: 4 GByte-1 Dateinamen im 8.3-Format (8 Zeichen vor einem Punkt und 3 danach) Siehe VFAT (Virtualized FAT) Wie FAT32 und wie FAT16 Lange Dateinamen Mehr Zeichen im Dateinamen erlaubt 14

15 Klassischer Aufbau 15

16 Bemerkungen I In den ersten Blöcken (bis zu drei) eines Dateisystems befindet sich der Volumen Boot Record, der nur für das betreffende Dateisystem gilt. Dieser enthält u.a.: Boot Code Tabellen mit Größenangaben dieses Filesystems (Disk Parameter Block, Media Parameter Block) Siehe: Der Master Boot Record (MBR) befindet sich im 1. Block des gesamten Mediums und enthält die Partitionstabelle mit maximal 4 Einträgen. Siehe: Partitionstabellen enthalten die Größenangaben sowie die Startzylindernummer der Partitionen des Mediums. 16

17 Bemerkungen II Ordner werden wie Dateien durch einfach vorwärts verkettete lineare Listen von Clustern realisiert. Cluster für Dateien/Ordner werden aus der Menge der Cluster hinter der zweiten FAT geholt. Weil die FAT wichtige Daten enthält, wird eine Kopie angefertigt. Da diese direkt hinter dem Original liegt, hilft das wenig in der Praxis, da die Kopie sich zu dicht am Original befindet. Ordner bestehen aus einem Feld von Strukturen, in denen auch der Dateiname abgelegt ist. Da Dateiname und Dateiverwaltungsinformation zusammen an einer Stelle stehen, sind Links (Verknüpfungen) durch Verweise nicht möglich (bei UNIX steht die Verwaltungsinformation in den Beschreibungen und die Dateinamen in den Ordnern). 17

18 Directory-Eintrag (Deskriptor) 18

19 Bemerkungen I Ordner bestehen aus einer Aneinanderreihung von 32-bytelangen Deskriptoren. Jeder Ordner enthält die Datei ".", welche die Clusterverkettung für den eigenen Ordner enthält Jeder Ordner enthält die Datei "..", welche die Clusterverkettung den Elternordners enthält. Unterverzeichnisse sind Einträge mit gesetztem Attribut "Directory". Das erste Byte des Dateinamens zeigt den Status der Ordnereintrags (Belegt, Gelöscht:0xE5 etc.) - dieses Byte ist auch das 1. des Dateinamens, d.h. dieses Byte hat zwei Bedeutungen. 19

20 Bemerkungen II Um das Booten für ältere Systeme einfacher zu machen: Wurzelordner (Root) muss direkt nach der 2. FAT folgen Dieser darf max. 224 (Floppy) bzw. 512 (Platte) Einträge haben Diese Beschränkungen haben spätere Systeme nicht mehr. Dass die FAT auch als Kopie vorliegt ist sehr gut, nicht gut ist, dass die Kopie unmittelbar dem Original folgt, da in der Praxis bei Zerstörungen der Original-FAT meist auch die Kopie zerstört ist. 20

21 Verkettung der Dateiinhalte I Die Ordner und die Dateien werden durch einfach vorwärts verkettete lineare Listen von Clustern (Zusammenhängende Reihe von Blöcken) realisiert (Prinzip): Die Zeiger (Verweise) werden nun nicht in den Blöcken, sondern in der FAT-Tabelle getrennt von den Blöcken abgelegt. Die Zuordnung Verweis und Block erfolgt anhand der Blocknummer, die als Index im Array FAT betrachtet wird. 21

22 Verkettung der Dateiinhalte II - Beispiel [23] [25] [30] [33] Deskriptor im Ordner 23 22

23 Verkettung der Dateiinhalte III - Beispiel [23] [25] [30] [33] Cluster der Datei Deskriptor im Ordner 23 FAT [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] 23

24 Aufbau der FAT Die FAT ist ein Feld von Verweisen auf Cluster, wobei jedem Cluster genau ein Eintrag in der FAT zugeordnet ist, d.h. dem Cluster N ist der N. Eintrag in der FAT zugeordnet, so dass von der Clusternummer schnell auf den FAT-Eintrag zugegriffen werden kann. In einem FAT-Eintrag steht die Clusternummer des folgenden Clusters oder der Wert 0xFFFF und zeigt, dass der korrespondierende Cluster der letzte der Datei ist, oder der Wert 0x0000 und zeigt, dass der korrespondierende Cluster frei ist (Free list) oder ein Wert und anzeigt, dass der korrespondierende Cluster defekt ist. 24

25 VFAT/FAT32 Einführung langer Dateinamen sowie eines größeren Zeichensatzes: Bis 255 Zeichen Zeichen "+,;=[]" gehen auch Realisierung Der erste Ordnereintrag ist wie bei FAT16/FAT32-Alt mit einem Ersatz-MSDOS-Namen, z. B. "Bueche~1.doc" Anschließend werden die darauf folgenden Directory-Einträge für den Rest des langen Namens verwendet. Damit diese nicht mit richtigen Einträgen verwechselt werden, erhalten diese eine unsinnige Attribut-Kombination. Beginn/Ende werden durch eine laufende Nummer und ein Ende-Flag gekennzeichnet. 25

26 Nach dieser Anstrengung etwas Entspannung... 26

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