ほかに協調型マルチタスクもあり、各プロセスは自らカーネルに制御を戻すまで割り込まれずに実行を続けることができる。制御をカーネルに戻すことを "yielding" と呼び、プロセス間通信の際や何らかのイベントを待つ際に行われ、そのときにカーネルが別のプロセスを動作させる。古い Windows や Mac OS はこの方式だったが、コンピュータの性能向上に伴ってプリエンプティブ方式に切り換えた[8]。

オペレーティングシステムは、マルチプロセッシング（SMPやNUMA）をサポートすることもある。この場合、複数のプログラムやスレッドが複数のプロセッサ上で動作する。そのようなシステムでカーネルを動作させる場合、「リエントラント（再入可能）」あるいは「割り込み可能」になるよう大幅な改造が必要となる。これはつまり、何か処理をしている最中にほかからも要求を受け付けるということである。この改造ができれば、異なるプロセッサ上で動作するプログラムが同時にカーネルを呼び出しても大丈夫になる。カーネルは複数のプロセッサからのメモリアクセスを同期させる方法（スピンロックなど）も提供しなければならない。これはメモリ管理とプロセス管理にまたがる問題である。
メモリ管理詳細は「メモリ管理」を参照

カーネルはシステムの全メモリへの無制限のアクセスが可能で、ユーザープロセスの要求に応じて安全なメモリアクセスを提供しなければならない。このための第一歩はページング方式やセグメント方式による仮想アドレッシングである。仮想記憶方式では、カーネルは物理アドレスを別のアドレス、つまり仮想アドレスに変換する。これにより、各プログラムは（カーネル以外では）仮想空間上唯一のコードに見え、プログラムが互いに他のプログラムを破壊することを防止する[7]。

多くのシステムで、あるプログラムの仮想アドレスはメモリ上にないデータを指していることがある。仮想アドレッシングによるインダイレクション層は、本来なら主記憶 (RAM) になければならないデータをハードディスクなどの補助記憶装置に退避させることを可能にする。結果としてOSは物理的な容量以上のメモリをプログラム群に提供可能となる。RAMにないデータがあるプログラムで必要になった場合、CPUはカーネルにそれを知らせ（ページフォールト）、（必要なら）カーネルが使われていないメモリブロックの内容をディスクに退避させ、必要なデータをそのメモリブロックに復帰させる（ページ置換アルゴリズム）。すると、プログラムは要求を行った時点から処理を再開させることができる。これをデマンドページングと呼ぶ。

仮想アドレッシング方式では、仮想空間をカーネル用の部分（カーネル空間）とアプリケーション用の部分（ユーザー空間）に分けることができる。アプリケーションはカーネル用メモリにアクセスできないので、アプリケーションにバグがあったとしてもカーネルにダメージを与えることはない。この根本的な分離は多くの汎用カーネルで実際に使われているが、別の方式を採用したカーネルの研究も行われている（たとえば、Singularity）。

メモリ管理のもうひとつの機能として、カーネル内の各モジュールやデバイスドライバが使用するメモリの割り当てがある（動的メモリアロケーション）。
デバイス管理

実際に何らかの作業をするには、OSはコンピュータに接続された周辺機器にアクセスする必要があり、周辺機器はその開発元などが書いたデバイスドライバを通して制御される。デバイスドライバはOSがハードウェアデバイスとやりとりするためのプログラムであり、OSに対して何らかのハードウェアを制御・通信するための情報を提供する。ドライバはアプリケーションにとっても重要で不可欠である。ドライバの設計目標は抽象化である。ドライバの機能はOSの定めたインタフェースからデバイス固有のインタフェースに変換することである。理論上、デバイスは適当なドライバがあれば正しく動作する。デバイスドライバは、ビデオカード、サウンドカード、プリンター、スキャナー、モデム、LANカードなどに対応して存在する。一般的なデバイスドライバの抽象化レベルを次に示す。

ハードウェア側から見て

直接インタフェースする。

高度なインタフェースを使用する（ビデオBIOSなど）。

低レベルなデバイスドライバを使用する（ディスクドライバを使用するファイルシステムドライバなど）

ハードウェアとともにシミュレーションを行う。すなわち、実際には全く異なる何かを行う（廃れたデバイスの代わりに最新のデバイスを使用するなど）。


ソフトウェア側から見て

OSがハードウェア資源に直接アクセスできるようにする。

ドライバとして基本的な部分だけを実装。

ドライバ以外のソフトウェアとのインタフェースを実装（たとえば、TWAIN）。

何らかの高度な言語を実装（たとえばPostScript）。

たとえば、ユーザー向けに何かを画面に表示する場合、アプリケーションがカーネルに要求し、その要求がディスプレイドライバに送られ、ディスプレイドライバが実際の文字やピクセルの描画を行う[7]。

カーネルは使用可能なデバイスの一覧を保持しなければならない。この一覧は、事前に知られている場合（たとえば、組み込みシステムでは利用可能なハードウェアが変われば、カーネルを書き換える）、ユーザーが設定する場合（古いPCや個人用に設計されていないシステムなど）、OSが実行時に検出する場合（プラグアンドプレイ）がある。プラグアンドプレイのシステムでは、デバイス管理は最初にさまざまなバス（PCIやUSB）上をスキャンして実装されたデバイスを検出し、対応するドライバを探す。