操作系统是管理计算机硬件并提供应用程序运行环境的软件。也许操作系统最为直观之处在于它提供了人与计算机系统的借口。
为了让计算机系统执行程序，程序必须位于内存中。内存是处理器能直接访问的唯一大容量存储区域。内存是易失性存储器，当没有电源时会失去其内容。绝大多数计算机系统都提供了外存以扩充内存，比如最常用的磁盘。
根据速度和价格，可以将计算机系统的不同存储系统按照层次来组织。最高层最贵最快，随着向层次下面移动，存储价格降低，访问时间增加。
计算机系统的设计有多种不同的方法，单处理器系统只有一个处理器，多处理器系统包含两个或更多的处理器来共享物理存储及外设。对称多处理技术是最为常用的多处理器设计技术，其中所有的处理器被视为对等的，且彼此独立的运行。
为了最好地利用CPU，现在操作系统采用允许多个作业同时位于内存中的多道程序设计，以保证CPU中总有一个作业在执行。分时系统是多道程序系统的扩展，它采用调度算法实现作业之间快速的切换，好像每个作业在同时进行一样。
操作系统确保计算机系统的正确操作。为了防止用户干预系统的正常操作，硬件有两种模式：用户模式和内核模式。许多指令（如I/O指令和停机指令）都是要求特权的，只能在内核模式下执行。操作系统所驻留的内存也必须加以保护以防止用户程序修改。定时器防止无限循环。这些工具（双模式、特权指令、内存保护、定时器中断）是操作系统所使用的基本单元，用以实现正确操作。
进程是操作系统工作的基本单元。进程管理包括创建和删除进程、为进程提供与其他进程通讯和同步的机制。操作系统还负责动态地分配是释放内存空间，同时还管理存储空间，包括为描述文件提供文件系统和目录。
