Вы можете использовать fopen с флагом x или x + для общего файла. Только один из экземпляров может открыть файл одновременно.
Однако то, что вы описываете, является непоследовательным и странным: вам не нужно иметь дело с условиями гонки при использовании сессий, которые вы описываете. Я предполагаю, что проблема заключается в том, что вы заново генерируете идентификатор сеанса при каждой загрузке страницы, поэтому вы, вероятно, делаете то, что не должны делать.
В сеансах каждый пользовательский агент должен генерировать идентификатор сеанса только один раз, но приопишите, что идентификатор генерируется при каждом изменении страницы и является вторичной проблемой с низкой энтропией.
Если вы исправите первую проблему, проблема с низкой энтропией будет смягчена, но не решена.