İşletim sisteminin işlem yönetimi, birden fazla işlem ve iş parçacığının aynı donanım kaynaklarını paylaşmasını, eş zamanlı çalışmalarını ve zamanlamalarını koordine eder. Bu süreç, kaynak yalıtımı ve paylaşım politikalarının belirlenmesini içerir. İşlem yönetimi, bellek yönetimi ile entegre çalışarak işlemlerin belleğe nasıl yerleşeceğini ve kaynaklara erişimini denetler. Bir işlem; metin bölümü, program sayacı, yığın (geçici bilgiler) ve veri bölümünden (genel değişkenler) oluşur. İşletim sistemi, her işlemi 'İşlem Kontrol Bloğu' (PCB) ile takip eder. PCB, işlemin kimlik kartı gibidir; işlem numarası, işlem durumu, program sayacı, MİB kaydedicileri, bellek yönetimi bilgileri ve G/Ç durum bilgilerini barındırır. İşlemci (MİB), işlemler arasında geçiş yaparken mevcut işlemin durumunu PCB'ye kaydeder ve yeni işleme geçerken onun PCB'sindeki bilgileri yükler. Bir işlemin ömrü boyunca durumu 'Yeni', 'Çalışıyor', 'Bekliyor', 'Hazır' veya 'Bitti' şeklinde değişebilir. Bu geçişler işlemci zamanlayıcısı (Dispatcher) tarafından yönetilir. Kilitlenme (Deadlock), işlemlerin birbirlerinden veri beklediği veya aynı kaynağı aynı anda kullanmaya çalıştığı, sistemin yanıt vermez hale geldiği sonsuz döngü durumudur. Bu durum, işlemlerin birbirini bloklaması sonucu oluşur. Kilitlenmeyi önlemek için 'Semafor' mekanizmaları kullanılır. Semaforlar, kaynakların ve işlemlerin senkronizasyonunu sağlayan, 'Bekle' (Wait) ve 'Sinyal' (Signal) işlemleriyle yönetilen yapılardır. Sayım semaforları negatif olmayan tam sayı değerleri alırken, ikili semaforlar (mutex) sadece 0 veya 1 değerini alarak kaynağın müsait olup olmadığını denetler. Semaforlar, üretici-tüketici gibi işlemlerde arabelleğin taşmasını veya boşken veri çekilmesini önlemek için kritik rol oynar. Eğer semafor yanlış yapılandırılırsa veya 'Bekle'/'Sinyal' işlemleri hatalı yerleştirilirse, sistem kilitlenmesi kaçınılmaz hale gelir. Bellek yönetimi, işlemlerin fiziksel bellekteki yerleşimini sağlar, kaynak yalıtımı yapar ve sanal bellek ile fiziksel kapasitenin üzerinde alan kullanımı sunar. MİB tarafından üretilen 'mantıksal adres', bellek yönetim birimi tarafından 'fiziksel adres'e dönüştürülür. Bu dönüşümde 'Taban' (Base) ve 'Tavan' (Limit) kaydedicileri kullanılır. Taban kaydedicisi en küçük fiziksel adresi, tavan kaydedicisi ise mantıksal adresin boyutunu tutar. Adresleme hatası, mantıksal adresin tavan değerini aşması durumunda tetiklenir. Bellek yerleşim stratejileri arasında 'İlk Uyan' (ilk yeterli boşluk), 'En İyi Uyan' (en küçük uygun boşluk) ve 'En Kötü Uyan' (en büyük boşluk) yer alır. Ayrıca, belleğin eşit parçalara bölünmesi 'Sayfalama', farklı boyutlardaki mantıksal bloklara bölünmesi ise 'Bölümleme' olarak adlandırılır. Dosya yönetimi, verilerin disk üzerinde depolanması, korunması ve erişim performansının artırılmasını sağlar. Dosya sistemi, dosyaların oluşturulması, silinmesi ve dizin yapısı içinde organize edilmesi süreçlerini yönetir. Disk üzerindeki en küçük veri birimi sektör, sektörlerin birleşimi ise kümedir (cluster). Windows işletim sistemlerinde FAT32, NTFS ve ReFS; Linux'ta EXT4, Reiser ve XFS; Apple'da HFS+ ve AFS; Unix/Solaris'te ise UFS yaygın olarak kullanılır. Her dosya sistemi, dosya kurtarma, güvenlik, şifreleme ve büyük dosya desteği gibi farklı özellikler sunar. Dosya sistemlerinin performansı, küme boyutlarının verimli kullanılmasına ve dizin yapısının ağaç şeklinde organize edilmesine bağlıdır. İşletim sistemi, dosya erişim haklarını ve dosya tipini (program dosyası veya veri dosyası) dosya sistemi üzerinden denetler.