Digamos que você pega um arquivo de imagem de disco e o "monta", é possível que esse arquivo seja modificado de qualquer forma pelo próprio ato de montá-lo?
(Estou principalmente interessado em Mac e Windows, mas também em POSIX.)
Absolutamente. Montar uma imagem é exatamente como montar uma unidade no VFS, a única diferença é onde o VFS aponta suas rotinas. Se o driver do sistema de arquivos não tiver suporte para gravação (por exemplo, ISO9660 ou DMG), não há como alterar a imagem, mas coisas como o bit ext * sujo ainda serão froboreadas.
O ato de realmente montá-lo não mudará a imagem, no entanto, parte do processo de montagem maior pode incluir verificações do sistema de arquivos, etc., que podem alterar a imagem. Eu acho que se você está preocupado com isso você montaria uma imagem Read-Only - mas então você não poderá montá-la.