>Умеет ли I/O cache в ядре Linux (речь о ядре 2.6) кешировать не только операции чтения, но и операции записи? Если умеет - как включить? И как посмотреть, включено ли оно?

умеет и ничего включать не надо, как конкретно это работает зависит от используемой ФС и приложения.

>Если не умеет - есть ли какой-то программный кеш, который позволит включить кеширование записи на диск в ОЗУ?

все что приходит на ум - это tmpfs, но это не совсем то.

в вашем случае, я бы занялся тюнингом mysql'а, т.к. mysql имеет свою, систему кэширования, и может обходится без кэша ОС вовсе.