Vit

proxy_pass идет из коробки

proxy_ignore_headers попробуйте
nginx.org/ru/docs/http/ngx_http_proxy_module.html#...
serverfault.com/questions/642102/how-to-set-nginx-...

Отдавать напрямую через php не самый лучший вариант. Гораздо лучше использовать nginx и X-Accell-Redirect
www.opennet.ru/base/net/nginx_x_accel_redirect.txt.html

Вы уж извините, но ответы на ваши вопросы ОЧЕНЬ легко гуглятся.

Чтобы завести несколько виртуальных хостов вам надо определить несколько секций server в конфиге nginx, например:

http {
  index index.html;
 
  server {
    server_name www.domain1.com;
    access_log logs/domain1.access.log main;
 
    root /var/www/domain1.com/htdocs;
  }
 
  server {
    server_name www.domain2.com;
    access_log  logs/domain2.access.log main;
 
    root /var/www/domain2.com/htdocs;
  }
}

Например как-то так:

location /samle {
   root /var/www/test2/sample;
   rewrite ^sample/(.*)$ /$1 break;
}

www.linux.org.ru/forum/admin/8054334 вот тут обсуждалась эта проблема, почитайте, возможно что-нибудь поможет

www.nginxtips.com/how-to-limit-nginx-download-speed
А насчет критериев - в конфигах nginx можно юзать оператор if. Туда можно проверку айпишника вставить.

Гуглите по словам Comet, Long Polling.

Хотя в вашем случае даже Short Polling наверное подойдет, без всяких там Comet. То есть вы загружаете фотки и все. На сервере они отдельно обрабатываются в фоне (для этого можно использовать менеджер очередей, либо просто в бд складываете задачи и скриптом, запускаемым по расписанию, их разгребаете). Когда обработка фоток закончится - сообщаете об этом базе данных.
В это время браузер периодически будет аяксом у сервера спрашивать - закончилась ли обработка

Если уверены, что кэшируется не на клиенте, попробуйте сначала nginx перезагрузить, потом php-fpm и посмотреть, сбросится ли этот загадочный кэш после одной из перезагрузок. Так хоть понятнее будет, в каком именно направлении копать.

Для location / пишете рутом папку frontend, для location /backend пишете уже рутом соответственно папку backend, только тут надо будет в бэкенде добавить еще rewrite ^/backend/(.*)$ /$1 break;