El sistema operativo subyacente es un concepto fundamental en el ámbito de la informática, ya que representa la base sobre la cual funcionan las aplicaciones y los servicios de un dispositivo. Este término, a menudo asociado con el motor oculto del hardware, es esencial para el correcto desempeño de cualquier equipo informático, desde un teléfono inteligente hasta un servidor de datos. En este artículo exploraremos a fondo su definición, funciones, ejemplos y mucho más.
¿qué es el sistema operativo subyacente?
El sistema operativo subyacente, también conocido como *underlying operating system*, es el sistema operativo que proporciona la infraestructura necesaria para que las aplicaciones y los programas adicionales puedan funcionar. Este sistema no solo gestiona los recursos del hardware, sino que también ofrece servicios como control de memoria, manejo de archivos, gestión de dispositivos y soporte para otros sistemas operativos o entornos de ejecución virtualizados.
Por ejemplo, en un dispositivo Android, el sistema operativo subyacente es el núcleo Linux, que actúa como la base sobre la cual se construye la capa superior de Android. Este núcleo gestiona los recursos del hardware directamente y permite que Android ofrezca una interfaz amigable y funcional al usuario.
Un dato curioso es que el sistema operativo subyacente también puede estar oculto en entornos de virtualización. Por ejemplo, en la nube, cuando se ejecuta una máquina virtual, el sistema operativo subyacente podría ser Windows Server o Linux, y sobre él se ejecutan sistemas operativos adicionales. Esta capa oculta pero fundamental permite la flexibilidad y escalabilidad de los servicios en la nube.
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La base invisible del funcionamiento de los dispositivos electrónicos
El sistema operativo subyacente actúa como una capa intermedia entre el hardware y el software del usuario. Es invisible para la mayoría de los usuarios finales, pero su importancia es indiscutible. Sin este sistema operativo, los programas no podrían acceder a la CPU, la memoria o los dispositivos de almacenamiento de manera eficiente.
Este sistema también facilita la integración de nuevas tecnologías. Por ejemplo, cuando se desarrolla una nueva versión de un sistema operativo, como Windows 11, el sistema operativo subyacente (en este caso, el núcleo de Windows NT) debe ser suficientemente flexible para soportar las mejoras en la interfaz, el rendimiento y la seguridad. Además, permite la ejecución de aplicaciones antiguas sin problemas.
Otro aspecto relevante es que el sistema operativo subyacente también puede influir en la eficiencia energética. En dispositivos móviles, por ejemplo, un sistema operativo subyacente optimizado puede ayudar a reducir el consumo de batería al gestionar mejor los recursos del hardware y activar o desactivar componentes según sea necesario.
La importancia del soporte de hardware en el sistema operativo subyacente
Uno de los factores clave del sistema operativo subyacente es su capacidad para soportar hardware diverso. Esto es especialmente relevante en dispositivos de diferentes fabricantes que comparten el mismo sistema operativo subyacente. Por ejemplo, el kernel Linux puede funcionar en dispositivos de Raspberry Pi, servidores dedicados, y hasta en supercomputadoras, gracias a su flexibilidad y capacidad de soporte para múltiples arquitecturas.
El soporte del hardware se logra mediante controladores de dispositivos que se integran en el sistema operativo subyacente. Estos controladores permiten que el sistema interactúe con componentes como tarjetas gráficas, tarjetas de red, sensores y periféricos. En muchos casos, estos controladores son desarrollados por los fabricantes del hardware y deben ser compatibles con el sistema operativo subyacente para funcionar correctamente.
Ejemplos de sistemas operativos subyacentes en la vida cotidiana
Existen muchos ejemplos de sistemas operativos subyacentes en el mundo digital. A continuación, te presentamos algunos de los más comunes:
- Linux: Es el sistema operativo subyacente más utilizado en servidores, dispositivos embebidos y como base para sistemas como Android.
- Windows NT: Es la base del sistema operativo Windows desde la versión Windows 2000 hasta la actualidad.
- macOS X: Se basa en Darwin, un sistema operativo derivado de BSD (Berkeley Software Distribution), lo que lo convierte en su sistema operativo subyacente.
- Android: Como mencionamos antes, Android se construye sobre el kernel Linux, que actúa como su sistema operativo subyacente.
Estos ejemplos muestran cómo los sistemas operativos subyacentes son esenciales para la estabilidad, rendimiento y compatibilidad de los dispositivos modernos. Además, su flexibilidad permite que los desarrolladores creen nuevas capas de software sin tener que reinventar la base del sistema.
El concepto de capas en el sistema operativo subyacente
El sistema operativo subyacente se puede entender mejor desde el punto de vista de las capas de software. En la arquitectura informática, las capas se organizan de forma jerárquica, donde cada una proporciona servicios a la capa superior. El sistema operativo subyacente suele estar en la capa más baja, junto con el firmware del hardware.
Esta estructura permite que los desarrolladores de software no tengan que preocuparse por los detalles del hardware. En su lugar, pueden enfocarse en crear aplicaciones que interactúen con el sistema operativo subyacente a través de llamadas de sistema. Por ejemplo, una aplicación de navegador web puede pedir al sistema operativo subyacente que cargue un archivo de imagen sin necesidad de conocer cómo está organizado el disco duro.
Otra ventaja de esta arquitectura es la capacidad de virtualización. El sistema operativo subyacente puede crear entornos virtuales donde se ejecutan otros sistemas operativos, como en el caso de máquinas virtuales. Esto es especialmente útil en entornos de desarrollo y en la nube, donde se necesita ejecutar múltiples sistemas operativos en un mismo hardware físico.
5 sistemas operativos subyacentes más populares del mundo
A continuación, te presentamos cinco de los sistemas operativos subyacentes más utilizados en la actualidad:
- Linux Kernel: Es el núcleo más utilizado en el mundo, tanto en servidores como en dispositivos móviles (a través de Android).
- Windows NT: La base del sistema operativo Microsoft Windows desde hace más de dos décadas.
- macOS X Core (Darwin): El núcleo BSD que sustenta el sistema operativo de Apple.
- FreeBSD: Una distribución de código abierto basada en BSD, muy utilizada en servidores y dispositivos de red.
- Zircon: El núcleo subyacente de Fuchsia, el sistema operativo experimental de Google.
Cada uno de estos sistemas operativos subyacentes tiene características únicas que los hacen ideales para ciertos usos. Por ejemplo, Linux es conocido por su flexibilidad y soporte para múltiples arquitecturas, mientras que Windows NT se destaca por su estabilidad y compatibilidad con software corporativo.
El papel del sistema operativo subyacente en la seguridad informática
El sistema operativo subyacente juega un papel fundamental en la seguridad de los dispositivos. Dado que tiene acceso directo al hardware, es la primera línea de defensa contra amenazas como virus, malware y atacantes externos. A través de mecanismos como el control de acceso, la gestión de permisos y la protección de la memoria, el sistema operativo subyacente puede prevenir que software malicioso dañe el sistema.
Además, el sistema operativo subyacente permite implementar funciones avanzadas de seguridad, como la ejecución en modo kernel, la virtualización de seguridad y la protección de datos en reposo. Por ejemplo, en Linux, se pueden usar módulos de seguridad como SELinux o AppArmor para restringir qué puede hacer cada proceso en el sistema. En Windows, el sistema operativo subyacente también permite configurar políticas de seguridad a nivel de kernel para bloquear accesos no autorizados.
En segundo lugar, el sistema operativo subyacente también es crítico para la actualización de seguridad. Muchas vulnerabilidades se descubren a nivel de kernel, por lo que mantener actualizado el sistema operativo subyacente es esencial para proteger el dispositivo. Esto es especialmente relevante en entornos corporativos y en la nube, donde una vulnerabilidad no resuelta puede afectar a miles de usuarios.
¿Para qué sirve el sistema operativo subyacente?
El sistema operativo subyacente sirve como la base funcional de un dispositivo, gestionando recursos críticos y permitiendo la ejecución de software adicional. Sus principales funciones incluyen:
- Gestión de hardware: Controla los componentes del hardware, como CPU, memoria, almacenamiento y periféricos.
- Gestión de memoria: Asigna y libera memoria RAM de forma dinámica según las necesidades de las aplicaciones.
- Control de dispositivos: Administra los controladores que permiten la comunicación entre el software y el hardware.
- Gestión de procesos: Organiza la ejecución de programas, asegurando que cada proceso tenga acceso a los recursos necesarios.
- Seguridad: Protege el sistema contra accesos no autorizados y ejecución de código malicioso.
Un ejemplo práctico es el uso de un sistema operativo subyacente en dispositivos IoT (Internet de las Cosas). En estos dispositivos, el sistema operativo subyacente debe ser ligero y eficiente para maximizar la vida útil de la batería y garantizar una respuesta rápida a las señales del entorno.
El núcleo del sistema operativo: una explicación alternativa
Otra forma de referirse al sistema operativo subyacente es como el núcleo o kernel del sistema. El kernel es la parte más baja y fundamental del sistema operativo, y es responsable de la gestión directa del hardware. En sistemas como Linux, el kernel es el encargado de todo lo relacionado con la administración de procesos, memoria y dispositivos.
El kernel también permite la comunicación entre los dispositivos y las aplicaciones, mediante llamadas al sistema (system calls). Esto significa que cualquier programa que desee acceder a un recurso del hardware debe pasar por el kernel. Por ejemplo, cuando abres un archivo, el sistema operativo subyacente (el kernel) gestiona la lectura del disco duro y la entrega del contenido al programa.
Además, el kernel puede ofrecer diferentes modos de ejecución: modo usuario y modo kernel. El modo usuario es donde se ejecutan las aplicaciones normales, mientras que el modo kernel es exclusivo del sistema operativo subyacente y permite realizar operaciones críticas como la gestión de la memoria física.
La importancia del sistema operativo subyacente en la virtualización
La virtualización es un campo donde el sistema operativo subyacente juega un papel crucial. En entornos de virtualización, el sistema operativo subyacente actúa como el hipervisor o hypervisor, gestionando múltiples máquinas virtuales. Cada máquina virtual tiene su propio sistema operativo, pero todas comparten el mismo sistema operativo subyacente, lo que permite un uso eficiente del hardware.
En este contexto, el sistema operativo subyacente debe ser capaz de gestionar múltiples instancias de sistemas operativos simultáneamente, sin que haya conflictos de recursos. Esto se logra mediante técnicas como la asignación dinámica de CPU, memoria y almacenamiento. Además, el sistema operativo subyacente debe ser capaz de manejar llamadas de sistema de manera segura y eficiente, para que las máquinas virtuales no interfieran entre sí.
Un ejemplo destacado es la plataforma Hyper-V de Microsoft, cuyo sistema operativo subyacente permite la ejecución de múltiples máquinas virtuales en un mismo servidor físico. Esto es especialmente útil en entornos empresariales y en la nube, donde se necesita alta disponibilidad y escalabilidad.
El significado del sistema operativo subyacente en el desarrollo de software
Para los desarrolladores, entender el sistema operativo subyacente es esencial para crear software eficiente y compatible. Dado que el sistema operativo subyacente gestiona los recursos del hardware, los desarrolladores deben tener en cuenta cómo estos recursos se distribuyen y gestionan para optimizar el rendimiento de sus aplicaciones.
Por ejemplo, un desarrollador que crea un juego para Android debe tener en cuenta que el sistema operativo subyacente (Linux) puede afectar el rendimiento de las gráficas, la gestión de la memoria y la respuesta a los controles. Además, debe asegurarse de que el código del juego no haga uso de características del sistema operativo que no estén disponibles en todas las versiones o dispositivos.
Otra consideración importante es la portabilidad. Un programa que funciona correctamente en un sistema operativo subyacente específico puede no hacerlo en otro. Esto es especialmente relevante en el desarrollo de software multiplataforma, donde se deben implementar soluciones que se adapten a diferentes sistemas operativos subyacentes.
¿Cuál es el origen del término sistema operativo subyacente?
El término sistema operativo subyacente proviene de la necesidad de distinguir entre el sistema operativo principal y la capa más baja que lo soporta. En la historia de la informática, los primeros sistemas operativos eran bastante simples y no tenían una separación clara entre el núcleo y las capas superiores. Con el tiempo, a medida que los sistemas se volvían más complejos, se hizo necesario identificar la capa más básica que gestionaba directamente el hardware.
El concepto realmente cobró importancia con el desarrollo de sistemas operativos multitarea y multihilo, donde se requería una base sólida para manejar múltiples procesos simultáneamente. Los sistemas como UNIX, desarrollado a mediados de los años 70, fueron fundamentales para establecer el modelo actual de sistemas operativos subyacentes. UNIX introdujo conceptos como el kernel, los controladores de dispositivos y las llamadas al sistema, que siguen siendo relevantes en la actualidad.
El sistema operativo base y su relación con la capa de usuario
El sistema operativo subyacente, o sistema operativo base, es la capa más baja del sistema operativo y proporciona los servicios necesarios para que la capa de usuario (la que interactúa directamente con el usuario) pueda funcionar. Esta relación es similar a la de una base de concreto y un edificio: sin la base, el edificio no puede construirse.
La capa de usuario puede incluir componentes como el entorno gráfico, las aplicaciones, los navegadores y los programas de ofimática. Estos componentes dependen del sistema operativo subyacente para realizar funciones básicas como leer archivos, gestionar conexiones de red o ejecutar scripts. Por ejemplo, cuando un usuario abre un navegador web, el sistema operativo subyacente gestiona la conexión a Internet, la carga de las páginas web y la gestión de la memoria necesaria para ejecutar el navegador.
En sistemas como Windows, macOS o Linux, el sistema operativo subyacente también proporciona servicios como la gestión de dispositivos de entrada (ratón, teclado), la administración de impresoras y la gestión de las conexiones de red. Sin esta capa subyacente, las aplicaciones no podrían interactuar con el hardware del dispositivo de manera eficiente.
¿Cómo se elige el sistema operativo subyacente más adecuado?
Elegir el sistema operativo subyacente adecuado depende de varios factores, como el tipo de dispositivo, el uso previsto y las necesidades de rendimiento. A continuación, te presentamos una guía para tomar una decisión informada:
- Tipo de dispositivo: Para servidores, Linux es una opción popular por su estabilidad y bajo consumo de recursos. Para dispositivos móviles, el kernel Linux es la base de Android.
- Necesidades de rendimiento: Si se requiere un sistema operativo ligero y rápido, opciones como FreeBSD o el kernel Linux son ideales.
- Soporte de hardware: Algunos sistemas operativos subyacentes tienen mejor soporte para ciertos tipos de hardware. Por ejemplo, Windows NT es conocido por su compatibilidad con dispositivos de oficina.
- Seguridad: Sistemas como el kernel Linux ofrecen opciones avanzadas de seguridad, lo que los hace ideales para entornos corporativos o de nube.
- Escalabilidad: Si se necesita un sistema operativo que pueda escalar fácilmente, Linux o Windows Server son opciones sólidas.
Cómo usar el sistema operativo subyacente en la programación
Para los programadores, el sistema operativo subyacente no solo es una base funcional, sino también una herramienta poderosa para desarrollar software eficiente. A continuación, te mostramos cómo se puede aprovechar el sistema operativo subyacente en la programación:
- Uso de llamadas al sistema: Los programadores pueden acceder a funciones del sistema operativo subyacente mediante llamadas al sistema, que permiten gestionar recursos como archivos, memoria y procesos.
- Desarrollo de controladores: Para dispositivos personalizados, los desarrolladores pueden crear controladores específicos que se integren con el sistema operativo subyacente.
- Optimización del rendimiento: Al comprender cómo funciona el sistema operativo subyacente, los programadores pueden optimizar sus aplicaciones para que usen menos recursos y sean más rápidas.
- Programación en bajo nivel: En lenguajes como C o C++, los programadores pueden interactuar directamente con el sistema operativo subyacente para obtener mayor control sobre el hardware.
Un ejemplo práctico es la programación de videojuegos. Los desarrolladores pueden optimizar el acceso a la GPU mediante llamadas al sistema operativo subyacente, lo que mejora el rendimiento de las gráficas y reduce el consumo de energía.
El sistema operativo subyacente y su impacto en la industria de la nube
En la industria de la nube, el sistema operativo subyacente es el pilar sobre el cual se construyen los servicios ofrecidos a los usuarios. En plataformas como Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure o Google Cloud, el sistema operativo subyacente permite la gestión de recursos como CPU, memoria y almacenamiento, y facilita la virtualización de máquinas.
Un sistema operativo subyacente bien optimizado puede permitir a las empresas reducir costos operativos y mejorar la eficiencia de sus servicios en la nube. Por ejemplo, al usar un sistema operativo subyacente ligero como CoreOS, las empresas pueden ejecutar múltiples contenedores en un mismo servidor sin afectar el rendimiento.
Además, el sistema operativo subyacente en la nube también permite la automatización de tareas, como la actualización de seguridad, la gestión de recursos y la escalabilidad automática. Esto es fundamental para garantizar la continuidad del servicio y una experiencia de usuario fluida.
El futuro del sistema operativo subyacente en la era de la inteligencia artificial
Con el avance de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, el sistema operativo subyacente está evolucionando para adaptarse a nuevas necesidades. En esta era, los sistemas operativos subyacentes deben ser capaces de gestionar grandes volúmenes de datos, optimizar el uso de la GPU y soportar algoritmos de IA en tiempo real.
Un ejemplo es el uso de sistemas operativos subyacentes en dispositivos de IoT (Internet de las Cosas) que procesan datos de sensores mediante algoritmos de IA. Estos sistemas operativos deben ser lo suficientemente eficientes como para ejecutar modelos de IA ligeros sin consumir demasiada energía.
Otra tendencia es el desarrollo de sistemas operativos subyacentes especializados para la ejecución de modelos de IA. Estos sistemas permiten optimizar el uso de hardware como las GPUs y las TPUs, lo que mejora significativamente el rendimiento de las aplicaciones de inteligencia artificial.
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