> 排他制御が効いていない為、書き込みと読み込みの順番が守られず
> 更新前の古いセッションデータを参照してしまう事がある、その結果、処理に不整合が起きる（例はちょっと思いつきませんが古いカート情報を見てしまう等）と言った理解で宜しいでしょうか。

はい、実際に検証はしていませんが、そういうことだと思います。

> 以下のサイトでセッション管理をMongoDBへ変更しているようです が134様がおっしゃるようにsession_set_save_handlerを使用すると発生する事象なのであれば、以下対応では解消しないように思えます。

sessionのオープンもクローズも、DBのトランザクション内で行われると
デッドロックの可能性があるかと思いますが、そうでなく
デッドロックが起こるケースというのは、私の知識では原因が思い当たりません…。

デッドロックの原因が、読み書きの順番が保証されないことにあるのか
分かりませんが、izuminさん が仰るとおり、MongoDBを導入することで
順番が保障されるようになる、とは思えませんね…。
少なくともデッドロックを起こす可能性は無くせるか、減らせると思いますが。

> また本件の回避策はあるのでしょうか。

AMUAMU様より、PHP5.3でバグがFIXされているという情報もありますが
検証が必要ですね…。
http://xoops.ec-cube.net/modules/newbb/viewtopic.php?topic_id=5090&forum=1

その他の方法としては

案1.session_set_save_handler を使用しない
→セッションデータはファイルに書き出されるようになり、
　排他制御も効くと思うのですが、どのような弊害があるか分かりません…。

案2.独自にロックの仕組みを作成する
→例えば、SC_Helper_Session::sfSessRead() 時に
　セッションIDをファイル名としたダミーのファイルを
　flock するなどして、独自に排他の仕組みを作る

などでしょうか。
DBレベルでのロックはややこしそうなので除外しました。

私もぜひ他の皆様のご意見を伺いたいです。