Без картины реального распраделения нагрузки (мониторинга) это будет небольшим гаданием на кофейной гуще.
Скорее всего и nginx и mysql активно кушают диск и мешают друг другу.
Имхо, первым шагом было бы логично вынести mysql на отдельный физический диск или, если этого окажется недостаточно, даже отдельный физический сервер.
