Se o seu problema é relacionado a gravação de log (como sugere David), isso pode ser facilmente resolvido em um nginx mais novo, permitindo o armazenamento em buffer de access_log
escreve e usa compactação gzip on-the-fly (junto com buffering), ou, alternativamente, usando um sistema de arquivos como o zfs que pode fazer algumas dessas coisas automaticamente sem o seu envolvimento.
access_log /path/to/log.gz combined gzip flush=5m;
Como alternativa, seu problema pode estar relacionado à maneira como o cache do nginx funciona (especificamente, o padrão de proxy_buffering on;
e tal).
O Nginx faz o cache através do sistema de arquivos, portanto, ele pode fazer várias gravações em disco (que podem ou não aparecer como leituras, já que as leituras que estão seguindo as gravações, dependendo da metodologia de seus experimentos, seriam muito prováveis ser servido na memória).
Dependendo de seus recursos, você pode considerar a configuração de um disco baseado em memória como o diretório para armazenar em buffer suas coisas. Senão, você também pode considerar configurar o verniz na frente do seu nginx - o verniz faz todo o cache através do subsistema de memória virtual.