Итак, граждане. У меня всё хорошо. Проблема ушла.
Похоже дело было именно в массивных операциях с памятью, которые мускул/ядро вынужден был проводить раз в несколько десятков секунд. А причиной тому были неправильные настройки буфферов и кэшей в конфиге.
И скорее всего самой повлиявшей из них был query_cache_size.
Вторая вещь (а скорее даже первая) которую нужно проверить и убедиться что у вас нет с этим проблем - это leap second bug. Гуглите в инете, смотрите и проверяйте.
Спасибо всем, кто участвовал в обсуждении.
location /json/login_form {
limit_req zone=one burst=5 nodelay;
try_files $uri /index.php?$request_query;
}
<rule name="Lower Case URLs" stopProcessing="true">
<match url="[A-Z]" ignoreCase="false" />
<action type="Redirect" url="{ToLower:{URL}}" />
</rule>