O problema parece ter sido que o arquivo / var / lib / mysql / ibdata1 foi bloqueado e não gravável pelo MySQL. Eu encontrei um monte de entradas para esse efeito no arquivo mysql.err, apesar do fato de que o servidor MySQL estava funcionando bem (e muitas linhas foram adicionadas às tabelas InnoDB).
Para consertar, eu tive que matar todas as instâncias do mysqld (o mysqladmin shutdown não foi o suficiente para obtê-las), e então eu corri:
cp -a ibdata1 ibdatanew1
e eu editei o my.cnf para apontar para o arquivo ibdatanew1. Eu iniciei o MySQL novamente, reiniciei o master, limpei os logs, e está tudo bem nas últimas 6 horas.
Ainda não estou claro como o arquivo ibdata1 que está sendo bloqueado teria permitido que o MySQL continuasse em execução, mas talvez o problema ibdata1 tenha surgido apenas com relação à gravação do log binário? (De nota, estou acostumado a ver problemas de ibdata1 no mysqld.log, não no log mysql.err).