Diferencias entre Windows y Linux: todo lo que necesitas saber

Windows y Linux son dos de los sistemas operativos más populares del mundo, pero operan bajo filosofías muy diferentes. Entender sus contrastes es clave para saber cuál se adapta mejor a nuestras necesidades, ya sea para trabajar, estudiar o jugar. A lo largo de este artículo, desglosaremos las principales diferencias en términos de arquitectura, seguridad, coste, compatibilidad de software y la experiencia general de usuario que ofrecen.

Ya existen muchas comparativas o artículos sobre diferencias que se centran en cosas más superficiales, como la experiencia de usuario, el tipo de licencia, la herencia UNIX/DOS, etc., entre ambos sistemas. Yo haré una diferenciación algo más profunda, para comprender las diferencias entre ambos sistemas.

Windows vs Linux: Modelo de kernel

Linux utiliza un kernel monolítico que ejecuta todos los servicios del sistema en el mismo espacio de memoria, lo que permite un rendimiento muy alto y una interacción directa con el hardware. Los módulos pueden cargarse dinámicamente (loadable modules), lo que facilita la personalización. Eso ha hecho que Linux se parezca ahora más a un kernel tipo microkernel puro, aunque con diferencias.

Windows, en su caso, usa un kernel Windows NT de tipo híbrido, con características de kernel monolítico y microkernel, ya que es bastante más complejo con agregados como subsistemas y capas de abstracción (HAL, Executive, etc.). Esta complejidad extra puede llevar a más problemas, y también a un rendimiento algo más pobre, aunque facilita las cosas a los desarrolladores para sus capas de abstracción.

Gestión de procesos e hilos

Otra de las grandes diferencias técnicas entre Windows y Linux es la forma en la que se tratan los procesos, es decir, los programas que se están ejecutando:

• Linux: trata los hilos como procesos ligeros (LWP), todos gestionados por el scheduler o planificador del kernel. Usa el algoritmo CFS (Completely Fair Scheduler), que prioriza la equidad en el reparto de CPU. No obstante, se puede modificar, e incluso puede trabajar en Real-Time. El kernel puede funcionar bien gestionando procesos tanto en dispositivos móviles, como en grandes máquinas como las MPP.
• Windows tiene una distinción clara entre procesos y hilos. Cada proceso tiene su espacio de memoria, y los hilos comparten recursos. Usa el scheduler basado en prioridades dinámicas y quantum de tiempo. Además, con la aparición de los sistemas de multinúcleo heterogéneo, se ha agregado una complejidad extra para adaptar las cargas según el tipo de núcleo de CPU.

Dicho de otro modo, Windows permite una gestión más granular de prioridades y afinidad de CPU por hilo, mientras que Linux apuesta por la eficiencia global del sistema.

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Modelo de seguridad y permisos

Como sabes, los sistemas tipo Unix, como Linux, tienen el usuario normal, con una serie de limitaciones, y el superusuario root o el uso de herramientas como sudo para mayor seguridad. Mientras que en Windows encontramos usuarios y administrador. En este caso, el administrador es similar al root, pero tiene unas limitaciones mucho más importantes que root, ya que prácticamente el superusuario es todopoderoso y el administrador hay algunas cosas que no tiene permitidas. Dicho esto, en cuanto a las propiedades o permisos que pueden tener estos usuarios respecto a los archivos:

• Linux se basa en el modelo clásico UNIX con modos que afectan a usuarios, grupos con modos o permisos (rwx), es decir, de lectura, escritura y ejecución para determinar quién puede y qué puede hacer sobre cada directorio y fichero. Además de esto, algunos FS incluyen permisos extendidos aplicables, y también tenemos capacidades de control con módulos de seguridad como SELinux, AppArmor y namespaces para aislamiento mucho más profundo y mayor seguridad.
• Windows usa ACLs (Access Control Lists), SID (Security Identifiers) y el modelo de seguridad de objetos. Tiene políticas de grupo, UAC y sandboxing con AppContainer. Con NTFS hay otros permisos más allá de los de lectura y ejecución, como los llamados especiales.

Sistema de archivos

Aspecto	Linux	Windows
Estructura	Jerárquica unificada (/)	Por volumen (C:, D:)
Tipos de FS	ext4, Btrfs, XFS, ZFS, etc.	NTFS, ReFS, FAT32
Permisos	POSIX (rwx, chown, chmod)	ACLs por archivo
Journaling	Sí (ext4, Btrfs)	Sí (NTFS)

Por un lado tenemos que Linux usa una estructura muy particular, y toda esa jerarquía está unificada bajo el directorio raíz o root (/). En contra, Windows emplea unidades, siendo C: donde está instalado el sistema operativo y con otras posibles para otras unidades como D:, F:, etc. Independientemente de eso, Windows solo soporta NTFS y FAT (o derivados), y no puede leer otros sistemas de archivos o FS (File System).

Linux sí que es mucho más flexible para esto, soportando una inmensa cantidad de sistemas o formatos muy diferentes, entre los que destacan ext4, XFS, ZFS, btrfs, y más, entre los que también se incluyen los propios NTFS y FAT. ¿A qué se debe esta gran versatilidad? Pues a un elemento llamado VFS.

VFS (Virtual File System) es una capa de software que actúa como un puente entre las aplicaciones de usuario y los sistemas de archivos reales. Su objetivo principal es proporcionar una interfaz uniforme y abstracta para que las aplicaciones puedan interactuar con cualquier sistema de archivos de la misma manera, sin importar el tipo que sea.

Por ejemplo, imagina que una aplicación quiere leer un archivo. En lugar de comunicarse directamente con el sistema de archivos, como haría Windows NT, en Linux la aplicación realiza una llamada genérica al sistema operativo, o syscall, como read(), write(), open()., etc., y VFS intercepta esta llamada y actúa de intermediario, sin necesidad de que Linux tenga que «saber» si está en formato ext4, NTFS, o el que sea… Será el módulo del kernel que recibe la señal de VFS el que se encargue de ello, es decir, VFS enviará la llamada al módulo asociado al formato, como los módulos o controladores ext4, ZFS, btrfs, ntfs-3g, etc.

Es decir, gracias a VFS, un programador no tiene que escribir código para cada tipo de sistema de archivos. La aplicación solo necesita hablar el lenguaje del VFS, y este se encarga de la traducción al sistema de archivos subyacente. Esto no solo facilita el desarrollo, sino que también garantiza una gran flexibilidad y compatibilidad con más formatos diferentes.

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Drivers y abstracción de hardware

Otra de las cosas llamativas entre Windows y Linux es la forma en la que se trata el hardware:

• Linux usa el subsistema udev para detección de hardware y módulos del kernel para drivers. Y todos los dispositivos, tanto físicos como virtuales, estarán en /dev. Esto no solo simplifica el sistema, también permite tratar cualquier dispositivo de hardware como si fuese un fichero más, un archivo. Esto permite usar comandos usados comúnmente para gestionar archivos también para gestionar dispositivos.
• Windows depende del modelo WDM/WDK y firma digital de drivers. Usa HAL (Hardware Abstraction Layer) para estandarizar el acceso. Y no se tratan todos por igual, ya que por un lado tenemos los medios de almacenamiento como C:, D:, F:, E:, etc., que son vistas por el sistema como unidades, y luego tenemos otros periféricos y componentes de hardware que son administrados de diferente manera desde el Administrador de Dispositivos de Windows.

Por otro lado, también me gustaría hacer un inciso en cuanto a los anillos de protección que se usan en uno y otro caso. Como debes saber, en la arquitectura x86 tenemos cuatro niveles de privilegios:

• Anillo 0 (Ring 0): es el nivel de mayor privilegio, donde se ejecuta el kernel del sistema operativo.
• Anillo 1 (Ring 1): usado para controladores de dispositivos.
• Anillo 2 (Ring 2): se utiliza para controladores de dispositivos de menor privilegio.
• Anillo 3 (Ring 3): es el nivel de menor privilegio, donde se ejecutan las aplicaciones de usuario.

Pues bien, en el caso de Linux tenemos que solo utiliza solo el Anillo 0 para el kernel y el Anillo 3 para los procesos de usuario. Esto significa que todos los controladores de dispositivos y módulos del kernel se ejecutan en el mismo espacio de privilegio que el kernel, en el Anillo 0. Esta arquitectura favorece el rendimiento, pero puede comprometer la estabilidad si un controlador de dispositivo mal programado causa un fallo en el kernel.

Por su parte, Windows NT también utiliza el Anillo 0 para el kernel y el Anillo 3 para las aplicaciones de usuario. Sin embargo, la diferencia principal radica en cómo se gestionan los controladores de dispositivos. Algunos controladores de dispositivos clave se ejecutan en el Anillo 0, pero gran parte del código de controladores se puede ejecutar en el modo de usuario (Anillo 3), algo que podría comprometer la seguridad en algunos casos…

Gestión de memoria

El modo en el que ambos tratan la memoria virtual es diferente también, por ejemplo:

• Linux usa paginación, swapping y técnicas como OOM Killer para liberar memoria. Tiene soporte para hugepages, NUMA y cgroups para limitar recursos, adaptándose a más tipos de equipos.
• Windows gestiona memoria virtual con paginación, working sets, y mecanismos como memory compression y trim. Usa el archivo pagefile.sys como equivalente a la swap.

Ambos sistemas son avanzados, pero Linux permite un control más fino en entornos de servidor y contenedores, mientras que Windows optimiza para entornos de escritorio.

Una batalla mítica, como también lo es Intel vs Windows… ¡Comenta de qué lado estás!